UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE INSTALACIONES ELCTRICAS

CAMPAMENTO DE PERFORACIN CONSORCIO METRO LOS TEQUES LINEA II

POR:

CESAR AUGUSTO JURADO G.

INFORME FINAL DE PASANTA

PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR COMO

REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

Sartenejas, Abril 2008

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA

DISEO DE INSTALACIONES ELCTRICAS

CAMPAMENTO DE PERFORACIN CONSORCIO METRO LOS TEQUES LINEA II

POR:

CESAR AUGUSTO JURADO G.

TUTOR ACADMICO: ING. GUSTAVO ANGULO

TUTOR INDUSTRIAL: ING. MAURICO ZANOTEL

INFORME FINAL DE PASANTA

PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR COMO

REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

Sartenejas, Abril 2008

iii

DISEO DE INSTALACIONES ELCTRICAS

CAMPAMENTO DE PERFORACIN CONSORCIO METRO LOS TEQUES LINEA II

POR:

CESAR AUGUSTO JURADO G.

RESUMEN

Este informe presenta los conceptos bsicos y requerimientos para el acondicionamiento

elctrico en media y baja tensin de un campamento de excavacin, para tneles del Metro de Los

Teques. El diseo cumple con las normas establecidas en el Cdigo Elctrico Nacional, los

requerimientos del cliente y de los equipos.

El proyecto toma en cuenta los consumos estimados de las cargas y los requerimientos tcnicos

que solicitan las mquinas a ser adquiridas por el cliente. Con base en esta planificacin se desarrolla

la distribucin elctrica del campamento. Especficamente, el presente trabajo contempla los detalles

sobre: el dimensionamiento de las acometidas determinando las cadas de tensin; la instalacin de

los conductores y su canalizacin; el diseo del centro de transformacin y distribucin; el uso de

tableros y la seleccin de protecciones y la puesta a tierra de toda la instalacin. Todos estos puntos

giran alrededor de la carga principal del campamento, dos taladros tneleros TBM (Tunnel Borring

Machine), los cuales son alimentados en media tensin a 12.47kV con 2.5MVA cada uno.

Se realiza un estudio de iluminacin para el campamento y los tneles y as como el diseo de

celdas para media tensin. Se explican mediante planos, diagramas y esquemas la distribucin de la

instalacin elctrica, se especifica tambin el sistema de emergencia, la seleccin de protecciones y la

seleccin de transformadores.

iv

DEDICATORIA

A mis padres, por su apoyo, dedicacin, cario y comprensin en mis buenos y malos

momentos Les ofrezco este ltimo paso para alcanzar una gran y tan esperada meta.

v

AGRADECIMIENTOS

En la realizacin de un proyecto, adems de los conocimientos y los libros, es necesaria la

colaboracin y el trabajo en equipo. El verdadero aprendizaje en el campo es la experiencia, no solo

del trabajo realizado, sino de compartir ideas con aquellas personas que lo rodean; es por esto que

deseo expresar mi ms profunda gratitud a todas aquellas personas que hicieron posible el

desarrollo de este proyecto y la culminacin exitosa del mismo.

A mi tutor acadmico, profesor Gustavo Angulo, por su ayuda y

disposicin.

A mi tutor industrial, ingeniero Mauricio Zanotel, por transmitirme su

experiencia y su confianza.

A Merce por su amor, cario, apoyo y paciencia en todo momento.

A todos mis amigos que de una manera u otra han ayudado a que yo

llegue a dar este gran logro de terminar mi carrera como ingeniero!

GRACIAS!

vi

NDICE GENERAL

RESUMEN III

DEDICATORIA IV

AGRADECIMIENTOS V

NDICE GENERAL VI - IX

NDICE DE FIGURAS X

NDICE DE TABLAS XI

TABLA DE ABREVIATURAS Y SMBOLOS XII

CAPTULO I

INTRODUCCIN 1

CAPTULO II

DESCRIPCIN DE LA EMPRESA 3

CAPTULO III

IDENTIFICACIN DEL PROYECTO 8

3.1 OBJETIVO 8

3.2 ALCANCE 8

3.3 NORMAS Y CRITERIOS 9

3.4 DESCRIPCIN 9

CAPTULO IV

FUNDAMENTOS TERICOS BSICOS 11

4.1 ESTIMACION DE CARGAS 11

vii

4.1.1 DEMANDA MXIMA Y CARGA INSTALADA 12

4.1.2 FACTOR DE CARGA O COEFICIENTE DE UTILIZACIN 12

4.1.3 FACTOR DE DEMANDA 12

4.1.4 FACTOR DE DIVERSIDAD 13

4.1.5 COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD 13

4.1.6 FACTOR DE UTILIZACIN 14

4.2 ALIMENTADORES 15

4.2.1 CONDUCTOR 15

4.2.1.1 MATERIAL DE LOS CONDUCTORES 15

4.2.2 AISLAMIENTO 16

4.2.3 CALIBRES DE LOS ALIMENTADORES 18

4.2.4 SELECCIN DE CONDUCTORES 19

4.2.4.1 CAPACIDAD TRMICA 19

4.2.4.2 CADA DE TENSIN 22

4.2.4.3 SELECCIN DEL CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA 23

4.3 CANALIZACIONES 25

4.3.1 CAJAS DE EMPALME Y CAJETINES 25

4.3.2 TUNERAS 26

4.3.3 BANDEJAS PARACABLES 29

4.4 SELECCIN DE PROTECCIONES 29

4.5 TABLEROS 31

4.6 CENTRO DE MEDICION 32

4.7 PRINCIPIOS BSICOS DE DISTRIBUCIN DE MEDIA TENSIN. 33

4.7.1 ACOMETIDA PRINCIPAL 33

4.7.2 PROTECCIN CONTRA SOBRECORRIENTE 34

4.7.3 TRANSFORMADORES 34

viii

4.7.4 PLANTAS DE EMERGENCIA-GENERADORES AUXILIARES 35

4.8 ILUMINACIN 35

CAPTULO V

CRITERIOS GENERALES UTILIZADOS PARA EL DISEO 37

5.1 INGENIERA CONCEPTUAL 37

5.2 LA EXCAVACIN 38

5.3 EL CAMPAMENTO Y EL SUMINISTRO ELCTRICO 39

5.4 ESTIMACIN DE DEMANDA 41

5.4.1 TBMS 42

5.4.2 EQUIPOS INDUSTRIALES 43

5.4.3 EQUIPOS DE OFICINAS Y AFINES 43

5.5 CARGA INSTALADA 46

5.6 SELECCIN DEL CALIBRE DE LOS ALIMENTADORES. 47

5.6.1 SELECCIN ALIMENTADORES BAJA TENSIN 47

5.6.2 SELECCIN ALIMENTADORES BAJA MEDIA TENSIN 48

5.7 DIMENSIONAMIENTO DE LAS PLANTAS ELECTRICAS 48

5.8 DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES

Y TABLEROS PRINCIPALES 49

5.9 MDULO DE DISTRIBUCION 50

5.10 SISTEMA DE CANALIZACIONES 51

5.10.1 CAJAS DE EMPALME MEDIA TENSIN 52

5.11 SELECCIN DE PROTECCIONES. 53

5.11.1 SELECCIN DE PROTECCIONES MEDIA TENSIN 53

5.11.2 SELECCIN DE PROTECCIONES BAJA TENSIN 54

ix

5.12 NIVELES LUMINOSOS, Y TIPOS DE LMPARAS 54

5.12.1 ILUMINACIN ORDINARIA Y DE TRABAJO 54

5.12.2 ILUMINACIN TNELES 55

5.13 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA. 56

CAPTULO VI

EJEMPLOS DE CLCULOS REPRESENTATIVOS 59

6.1 CALCULO DE LA DEMANDA 59

6.2 SELECCIN DE ALIMENTADORES 60

6.2.1 CLCULO DE CADA DE TENSIN 61

6.2.2 PRDIDAS DE POTENCIA Y ENERGA POR EFECTO JOULE 62

6.2.3 CONDUCTOR PUESTO A TIERRA 65

6.3 CLCULO DE TUBERAS PARA LA CANALIZACIN 65

CAPTULO VII 66

CONCLUSIONES 66

CAPTULO VIII 68

BIBLIOGRAFA 68

APNDICE A 69

APNDICE B 69

x

NDICE DE FIGURAS

Figura 1: Plano de ubicacin del campamento base. 10

Figura 2: Diagrama vectorial. 22

Figura 3: Locacin del campamento. 37

Figura 4: Entrada de las acometidas de media tensin a las celdas de distribucin. 40

Figura 5: Diagrama Unifilar Caseta Baja Tensin. 44

Figura 6: Diagrama Unifilar Caseta M.T. 45

Figura 7: Diagrama entrada de M.T 46

Figura 8: Vistas en perspectiva del modulo de baja tensin y el armario de medicin. 50

Figura 9: Detalle de bancadas. 52

Figura 10: Detalle caja de empale Media Tensin. 53

Figura 11: Detalle Puesta a Tierra Media Tensin. 57

Figura 12: Detalle Colocacin de Dolvelas del Tnel. 58

xi

NDICE DE TABLAS

Tabla I. Comparacin de caractersticas entre cobre y aluminio. 15

Tabla II. Dimetro y rea de los conductores con calibres AWG. 18

Tabla III. Relacin de calibres y seccin transversal de conductores. 18

Tabla IV. Capacidad de corriente (A) permisible en cables monopolares

aislados de 0 a 2000 V al aire libre, para una temperatura ambiente de 30 C. 21

Tabla V. Calibre del alimentador de fase y la correspondencia con el calibre

del conductor de tierra. 23

Tabla VI. Calibre mnimo de los conductores de puesta a

tierra de equipos para canalizaciones y equipos (250-95 del CEN). 24

Tabla VII. Calibre del cable y dimetros de la tubera para la canalizacin. 25

Tabla VIII. Dimetros de tubera no metlica en funcin de

la cantidad de conductores y el dimetro. (CEN Tabla 1 Capitulo 9). 27

Tabla IX. Espacios mnimos para curvatura de los cables en los terminales 28

Tabla X. Separaciones para Conductores Individuales a la Vista en Acometidas de

Media Tensin. (Tabla tomada de la Norma COVENIN 734-76.) 33

Tabla XII. Niveles de lux propuestos en el Manual de Alumbrado Westinghouse. 36

Tabla XIII. Carga conectada en la instalacin. 47

Tabla XIV. Niveles de Lux estimados para la instalacin. 56

Tabla XIII. Factores para cada Zona del Campamento. 60

Tabla XIVI. Clculo de cadas de tensin para los diferentes circuitos. 64

xii

TABLA DE ABREVIATURAS Y SMBOLOS

(OA/FA) Aire forzado

Pulgada

A Amperios

AL Aluminio

AT Alta Tensin

AWG American Wire Gauge

BT Baja Tensin

C.A. Compaa Annima

CADAFE Compaa Annima de Administracin

y Fomento Elctrico

CAL Calibre

CEN Cdigo Elctrico Nacional

Chiller Unidad Generadora de Agua Helada

cm Centmetros

CS Capacidad nominal del equipo o sistema

CU Cobre

DINST Demanda instalada

DMX Demanda mxima

E. de. C. Electricidad de Caracas

EMT Tubera Elctrica Metlica

ENELBAR Energa Elctrica de Barquisimeto

F Fase

FCARGA Factor de Carga

FDEM Factor de demanda

FDIV Factor de diversidad

xiii

FPER Factor de prdidas

FR Factor de Relleno

FSIM Factor de simultaneidad

FU Factor de utilizacin

Grd. Tierra

HP Caballos de fuerza

Hz Frecuencia

i Corriente instantnea

I Corriente mxima

ICC Corriente de cortocircuito

IEEE Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrnicos

IN Corriente nominal

kA Kilo Ampere

kg Kilogramos

kV Kilo Voltios xv

kVA Kilo Voltio Ampere

kVAm Kilo Voltio Ampere Metro

kW Kilo Vatios

L Longitud

mA Mili Amperios

m Metros

MCM, kCMIL Mil Circular Mil

mm Milmetros

Dimetro

C Grados centgrados

P Potencia instantnea

xiv

PM Potencia mxima

R Resistencia

r Resistencia

RPM Revoluciones por minuto

T Perodo

T/C Tomacorriente

TEC Torres de enfriamiento

THW Tipo de aislante

TSG Tablero de servicios generales

TSP Tablero de servicios preferenciales

TTU Tipo de aislante

UMA Unidad de Manejo de Aire

V Voltios

VA aa Voltio Ampere

W Vatios

X Reactancia

x Reactancia

V Cada de tensin

Resistividad

Ohmios

Sumatoria

1

CAPTULO I

INTRODUCCIN

Cuando se elabora un proyecto de tipo industrial, debe existir una integracin entre las

diferentes reas de trabajo, en donde la ingeniera mecnica, elctrica y civil, se orientan hacia el

logro de los objetivos planteados en el proyecto. La idea es obtener resultados en trminos de una

obra integral y funcional. Al proyectar los requerimientos elctricos, se deben tomar en cuenta

criterios, normas y requisitos mnimos fundamentados en el Cdigo Elctrico Nacional, debido a que

deben cumplirse con los parmetros de seguridad y confiabilidad, de forma de garantizar una

factibilidad y facilidad de las operaciones. As mismo, se trata de ofrecer un mantenimiento

adecuado y de respetar cada detalle, de forma de responder a las necesidades empresariales y tcnicas.

El presente proyecto industrial posee como objetivo fundamental, realizar el diseo de las

instalaciones elctricas en media y baja tensin para el campamento de perforacin Cecilio Acosta

ubicado en la zona de El Tambor en la ciudad de Los Teques. Como fue mencionado anteriormente,

el proyecto sigue la normativa establecida en cuanto al marco legal aplicable y de los requerimientos

tcnicos del cliente y de la empresa suplidora del servicio elctrico. Es importante destacar que el

proyecto presenta particularidades de acuerdo a la demanda estimada, debido a que la distribucin

elctrica en la zona se encuentra actualmente saturada. En este sentido, se ha requerido de un proceso

de toma de decisiones que logre dar con la mejor solucin ajustada a las caractersticas de la

instalacin y al tiempo estimado para el despacho de esta carga.

Especficamente, se tiene que el trabajo se enmarca dentro de la construccin de dos tneles

paralelos para el sistema ferrovial de Metro Los Teques, en las que las mquinas tneleras llamadas

Tunnel Borring Machines (TBMs) o TOPAS representan aproximadamente un 70% de la carga total

del proyecto y deben ser alimentadas en media tensin. Debido a que la subestacin elctrica

escogida para abastecer el campamento debe ser sometida a modificaciones para poder suplir la carga,

se requiere de un proceso de planificacin estratgica eficaz para su pronta adecuacin.

2

Considerando que la carga de la instalacin requiere aproximadamente 7 MVA, deben ser

evaluados desde el pedido, la compaa de servicios Electricidad de Caracas C.A. hasta los pequeos

detalles para una implementacin certera y acuciosa.

En el informe se presenta el proyecto de instalacin elctrica para la alimentacin en media

tensin de las mquinas de perforacin y en baja tensin para los servicios del campamento base. Se

cubren elementos tcnicos de los centros de transformacin y distribucin, clculo de acometidas de

media y baja tensin, estudio de protecciones, puesta a tierra de la instalacin entre otros elementos

de importancia. Abarcando todo el diseo elctrico tambin se presenta el proyecto de iluminacin,

que detalla los niveles de luz y el esquema de luminosidad.

El proyecto va apegado a las pautas establecidas por el Cdigo Elctrico Nacional, las normas

COVENIN y las normas establecidas por Electricidad de Caracas C.A. Adems de cumplir con las

reglas preestablecidas, se busc satisfacer cada una de las peticiones del cliente de manera eficiente.

3

CAPTULO II

DESCRIPCION DE LA EMPRESA

THOR PROYECTOS C.A.

En el ao 1987, la empresa nace bajo el nombre de INPROELECTRA, C.A. siendo una empresa

dedicada a desarrollar soluciones en cuanto a proyectos, diseo, construccin y puesta en marcha de

sistemas Elctricos. Con el pasar de los aos, y siguiendo las exigencias del mercado, se amplan las reas

de accin, ejecutado proyectos y soluciones en las rea de ingeniera mecnica y construccin civil en

general junto con la implementacin de normas de calidad y Seguridad Higiene y Ambiente, (SHA);

motivo por el cual a partir del ao 1999, la empresa pasa a ser INPROELECTRA, C.A. Ingeniera

Procura y Construccin.

Hoy en da, con la experiencia de 20 aos ejecutando proyectos, la empresa toma el nombre de

THOR PROYECTOS C.A. para brindar soluciones integrales como contratista general para las

necesidades de construccin e instalaciones elctricas.

SERVICIOS

Ingeniera: La empresa cuenta con un conocimiento tcnico para atender las necesidades del cliente

y ofrecerle asesora profesional.

Procura: La compra y el suministro adecuado y oportuno de los materiales en las obras involucran

una logstica de trabajo esencial para el desarrollo de las mismas.

Construccin: Un equipo de trabajo preparado para manejar obras completas o por separado en

cualquiera de nuestras especialidades, civiles, elctricas y mecnicas.

4

MISIN:

Empresa de Ingeniera y Construccin a nivel nacional que genera soluciones de infraestructura

para el beneficio de su personal y de la poblacin en general.

VISIN:

Empresa de ingeniera y construccin con capacidad logstica y operativa generadora de soluciones

de infraestructura, necesarias para mejorar la calidad de vida de sus empleados y de la poblacin del pas

en general.

VALORES:

Responsabilidad

Calidad

Credibilidad

Eficiencia

Experiencia

POLTICAS DE LA EMPRESA

En cuanto a la Calidad

El Trabajo en equipo constituye nuestra principal fuerza de accin, y su lema es una sola vez y

bien, a travs de la implementacin de nuestro Sistema de Calidad.

Poltica de Seguridad y Medio Ambiente

La proteccin del personal de la empresa y la conservacin del medio ambiente son prioridad.

DIAGRAMA ORGANIZACIONAL

JUNTADIRECTIVA

COMPRAS DIRECTOROPERACIONES

DIRECTORCOMERCIAL

ADMINISTACION RRHHSEGURO

PROYECTOS OBRAS

MERCADEO

DIRECTOR

DIRECTORGENERAL

ESPECIALIDADES Y EXPERIENCIA

Ingeniera y Construccin en las siguientes reas:

1.- CIVIL

9 Diseo y Construccin de estructuras en concreto

9 Estructuras metlicas

9 Movimiento de tierra

9 Fundaciones en concreto

9 Construccin de pavimentos

9 Instalaciones hidrulicas en general

9 Acabados

9 Cumplimiento de normas SHA

2.- ELECTRICIDAD

9 Sistema de alta, media y baja tensin

5

6

9 Diseo e implementacin en general

9 Instalacin de lneas

9 Instalacin de transformadores

9 Instalacin de interconexin entre media y baja

9 Instalacin de plantas de emergencia y sistemas de respaldo

9 Instalacin de tableros de distribucin elctrica

9 Sistemas para el ahorro del consumo elctrico

3.- MECNICA

9 Aire acondicionado

9 Ventilacin mecnica

9 Sistema de distribucin de combustible

9 Sistema de bombeo

4.- DETECCIN Y EXTINCIN DE INCENDIOS

9 S/I del sistema de incendios digitales y analgicos

9 S/I del sistema de extincin de incendios hmedos y secos

7

CONSORCIO METRO LOS TEQUES

Un compendio de empresas encargadas de la construccin de la red ferroviaria para la zona de Los

Altos Mirandinos. Como componente principal del consorcio se encuentra la empresa brasilera

ODEBRECHT.

Como empresa ODEBRECHT tiene 15 aos en Venezuela elaborando proyectos de gran

envergadura.

Entre sus principios fundamentales estn:

9 Confianza en las Personas, en su capacidad y en su deseo de evolucionar;

9 Satisfaccin del Cliente, sirvindolo con nfasis en calidad, productividad y responsabilidad

comunitaria y ambiental;

9 Retorno a los Accionistas del capital invertido y valoracin de su patrimonio;

9 Actuacin descentralizada, con base en la delegacin plena y planeada para que los Empresarios-

Socios ejerzan sus Programas de Accin con libertad y responsabilidad;

9 Asociacin entre los Integrantes que participan en la concepcin y la realizacin del trabajo, y en

los resultados que generan;

9 Autodesarrollo de las Personas, sobre todo por medio de la Educacin por el Trabajo, generando

el desarrollo de la Organizacin;

9 Reinversin de los resultados, con el propsito de crear nuevas oportunidades de trabajo y de

desarrollo para las comunidades.

8

CAPTULO III

IDENTIFICACIN DEL PROYECTO

3.1 OBJETIVO

Realizar el diseo de las instalaciones elctricas en media y baja tensin para el campamento de

perforacin Cecilio Acosta ubicado en la zona de El Tambor en la ciudad de Los Teques. El proyecto

sigue la normativa establecida en el Cdigo Elctrico Nacional para satisfacer todas las necesidades

propuestas por el CMLT.

3.2 ALCANCE

Para la realizacin la comprensin del proyecto y la acertada toma de decisiones, se desarrollan las

estas actividades o fases el siguiente orden:

- Recopilacin de material relevante sobre la alimentacin en media tensin de TBMs o TOPAS.

- Investigacin acerca de la demanda requerida por el cliente, tanto para el funcionamiento del

campamento como de la maquinaria de perforacin.

- Clculo general de la demanda estimada y preparacin del proyecto para la solicitud de carga ante

la compaa de servicio Electricidad de Caracas C.A.

- Estudio de los planos y distribucin los componentes del campamento.

- Proyecto de iluminacin perifrica. Proyecto de iluminacin de tnel.

- Clculo de transformadores, protecciones y dimensionamiento de tableros y tablas de carga.

- Diseo de mdulos o celdas de transformacin y medicin, para intemperie.

- Dimensionamiento y clculo de acometidas.

- Sistema de puesta a tierra.

- Ubicacin en plano de bancadas, postes, puesta a tierra e instalaciones elctricas.

El proyecto cubre los detalles de la distribucin elctrica, el diseo con detalles de la iluminacin

tanto perifrica como para el tnel. Respecto al sistema de puesta a tierra, ste es calculado por un

ingeniero de la empresa especializado en el rea. En este informe se mencionan los criterios usados y los

datos ms relevantes, mas no los clculos.

9

3.3 NORMAS Y CRITERIOS

Como eje central del proyecto elctrico se encuentra la carga requerida para alimentar la maquinaria

excavadora. Los criterios para el diseo buscan una instalacin eficaz y segura que satisface las exigencias

del cliente y cumple con las normativas establecidas en el Cdigo Elctrico Nacional.

Los criterios usados para las acometidas de alimentacin estn apegados a la norma de la

Electricidad de Caracas C.A. y cumplen con los niveles de seguridad industriales requeridos por la

contratista ODEBRECHT en sus estndares internacionales.

En general el proyecto cuenta con las condiciones de seguridad, confiabilidad y flexibilidad para su

aplicacin eficaz.

3.4 DESCRIPCIN

El campamento de excavacin est ubicado en la zona de El Tambor en la ciudad de Los Teques,

especficamente en el antiguo parque deportivo Cecilio Acosta. Esta zona consta de 14.630 m y la

distribucin del espacio puede verse en el plano anexo (figura 1). Esta locacin sirve de entrada para dos

mquinas perforadoras de 2.5MVA a un voltaje de 12.47kV y para la base de operaciones que tiene un

consumo en baja tensin de 2.3MVA.

En este informe se detalla el proyecto elctrico de alimentacin para el campamento y todos sus

equipos. La seccin de media tensin comprende la carga de las dos mquinas de perforacin y un

transformador para la alimentacin de los equipos auxiliares en baja tensin. La acometida de baja tensin

y la seccin de transformacin de la media tensin, suplen las cargas de emergencia, oficinas, taller,

iluminacin, comedor, vestuarios y tomas auxiliares para trabajo en el campo. La demanda de baja tensin

es suplida en tres voltajes 440V, 480V y 120V/208V.

Figura 1: Plano de ubicacin del campamento base.

10

11

CAPTULO IV

FUNDAMENTOS TERICOS BSICOS

El proyecto de las instalaciones elctricas de una industria o planta, comprende el

dimensionamiento de todo el sistema. Como eje central del proceso se encuentran las cargas a ser

alimentadas. Es por esto esencial el conocimiento de sus caractersticas y comportamiento para luego

involucrar todos los dems bloques que conforman el sistema de alimentacin.

4.1 ESTIMACION DE CARGAS:

En un proyecto de instalaciones elctricas un paso fundamental es la estimacin de la carga que va a

ser alimentada. Este dato acarrea el dimensionamiento apropiado de todos los elementos que son usados

para la alimentacin y el costo general de la instalacin.

La carga medida en un intervalo de tiempo se conoce como la demanda. Existen cargas instantneas

como soldadoras o corriente de arranque de motores, que introducen picos de demanda en cortos lapsos,

mientras que el comn de los equipos tiene un consumo determinado. En la industria se usan intervalos de

15, 30 o 60 minutos para la medicin de la demanda.

La demanda mxima es importante ya que determina el requerimiento elctrico. Para determinar la

demanda mxima se toman en cuenta los siguientes puntos.

- Determinar la carga conectada en la instalacin.

- Factores de simultaneidad y de utilizacin.

- Determinar el consumo de energa en un perodo especfico.

- Verificacin del factor de potencia.

A continuacin se describen los factores tomados en cuenta para una estimacin eficaz.

4.1.1 DEMANDA MXIMA Y CARGA INSTALADA

En una instalacin elctrica la demanda mxima en un instante de tiempo es equivalente a la

mxima coincidencia de cargas operando simultneamente. La carga instalada corresponde suma de los

valores nominales de consumo de todas las cargas conectadas. En base a este dato se dimensionan los

valores nominales de los equipos de proteccin y los calibres de acometidas o alimentadores. Este valor

viene reflejado generalmente en Kilovotios-ampere, Caballos de Potencia o vatios.

4.1.2 FACTOR DE CARGA O COEFICIENTE DE UTILIZACIN

La relacin entre la demanda promedio y la mxima, arroja un dato importante, el consumo en

funcin de la carga instalada. Es decir, la cantidad de energa consumida en determinado tiempo. Se

calcula mediante la siguiente expresin:

Simbologa:

FCARGA = Factor de carga.

T = Perodo.

P = Potencia instantnea.

PM = Potencia mxima.

4.1.3 FACTOR DE DEMANDA

Un valor que corresponde a la demanda mxima de la instalacin entre la carga total conectada.

Este valor es adimensional y en la mayora de los casos es menor a uno. Puede ser obtenida por medio de

la siguiente relacin.

Simbologa:

FDEM = Factor de demanda

DMAX = Demanda mxima del sistema instalado. 12

DINST. = Demanda total del sistema.

4.1.4 FACTOR DE DIVERSIDAD.

Es el valor definido por la relacin de la suma de las demandas mximas individuales de un grupo

de cargas y la demanda mxima del grupo. Es un valor adimensional que a diferencia del factor de

demanda, se obtiene un nmero mayor a la unidad. Esto se debe al consumo individual varia de una carga

a otra mientras que la demanda mxima del conjunto de cargas por lo general es menos.

Simbologa

FDiv = Factor de diversidad.

DMAX = Demanda mxima de cargas individuales.

DMAXTOTAL. = Demanda mxima total del conjunto.

4.1.5 COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD.

Este factor representa la relacin inversa de del factor de diversidad. Este dato es usado para

determinar la demanda mxima de un grupo de cargas y poder dimensionar equipos con un factor de

multiplicacin. Este factor presenta variaciones inversamente proporcionales al nmero de cargas

conectadas.

Simbologa:

FSIM = Factor de Simultaneidad.

FDIV = Factor de Diversidad.

13

4.1.6 FACTOR DE UTILIZACIN.

Este factor corresponde a la relacin que existe entre la demanda mxima y la capacidad nominal

del sistema instalado o del equipo individual. Este valor tambin es adimensional, tomando en cuenta que

las magnitudes de demanda mxima y capacidad nominal deben ser expresadas en las mismas unidades.

Este factor indica el porcentaje energa siendo utilizado por la instalacin o el equipo durante el pico de

carga o demanda mxima.

Esto se puede expresar de la siguiente manera:

Simbologa:

FUTIL = Factor de utilizacin.

DMAX = Demanda mxima.

CS = Capacidad nominal de equipo o sistema.

Es la relacin entre las prdidas de potencia promedio del sistema y la magnitud de perdidas

mximas. Este factor es de utilidad para el estudio comparativo de la cuantificacin de las prdidas de

energa.

Se obtiene mediante la siguiente ecuacin:

Simbologa:

FPERD = Factor de perdidas.

i = Corriente instantnea.

I = Corriente mxima.

T = Periodo de tiempo considerado.

14

15

4.2 ALIMENTADORES

Son elementos conductores usados para suplir energa elctrica desde una fuente hasta una carga.

Estos conductores son cables metlicos y presentan caractersticas tpicas segn su fabricacin y

utilizacin. Para su seleccin se toman en cuenta los factores de flicker, cortocircuito, capacidad trmica y

cada de tensin. Estos factores deben garantizar un eficiente transporte de energa a una temperatura

segura.

4.2.1 CONDUCTOR

4.2.1.1 MATERIAL DE LOS CONDUCTORES

Los conductores se encuentran disponibles en platinas, varillas, barras, tubos o la presentacin ms

comn hilos. La conductividad est determinada por la composicin del material o aleacin, generalmente

se usa platino, cobre, aluminio, hierro, etc. El aluminio y el cobre son los ms usados para instalaciones

elctricas. Aun cuando el aluminio presenta una opcin viable por sus costos y conductividad, el cobre

ocupa un lugar importante en cuanto a la seleccin de conductores.

El aluminio es 16% menos conductor en comparacin al cobre, sus ventajas son el peso y el costo.

En una relacin bsica de costo encontramos que una unidad de cable de cobre representa

aproximadamente cuatro unidades de conductor de aluminio. El cobre es preferido adems de por su

conductividad elctrica por sus condiciones mecnicas de resistividad y maleabilidad. }

Caractersticas Cobre Aluminio Resistencia elctrica 1 1.56 Resistencia mecnica 1 0.45 Para igual volumen : Relacin de pesos. 1 0.30 Para igual conductancia : Relacin de reas. 1 1.64

: Relacin de dimetros. 1 1.27 : Relacin de pesos. 1 0.49

Para igual dimetro : Relacin de resistencias. 1 1.61 : Capacidad de corriente. 1 0.78

Tabla XV. Comparacin de caractersticas entre cobre y aluminio.

El cobre usado para los conductores es electroltico de alta pureza, 99,99% y su dureza se clasifica

en: duro, semi-duro y blando o recocido.

16

El cobre duro es utilizado para la fabricacin de conductores desnudos, para lneas areas de

transporte de energa elctrica, sus caractersticas son las siguientes:

- Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro.

- Resistividad de 0,018 mm2/m a 20 C de temperatura.

- Capacidad de ruptura a la carga, oscila entre 37 a 45 kg/mm2.

El cobre recocido o de temple blando es utilizado para la fabricacin de conductores aislados por su

flexibilidad, sus caractersticas son:

- Conductividad del 100%.

- Resistividad de 0,01724 mm2/m respecto del cobre puro.

- Capacidad de ruptura media de 25 kg/mm2.

4.2.2 AISLAMIENTO

La funcin del aislamiento es encerrar la corriente elctrica; en el material conductor, evitando

contactos involuntarios de partes energizadas del cable. Esta caracterstica bsica es fcil de alcanzar, lo

importante es seleccionar un cable con el aislamiento y cubierta correcta para la aplicacin requerida, ya

que el revestimiento queda expuesto a agentes ambientales, envejecimiento, o cualquier otro factor que

pueda alterar su composicin deteriorndolo.

El aislante debe cumplir con las siguientes caractersticas:

- Resistencia al calentamiento

- Retardo de envejecimiento por temperatura

- Resistencia al ozono y al efecto corona

- Resistencia a la contaminacin.

Los materiales usados con este fin son caucho, cloruro de polivinilo u otros compuestos

termoplsticos. El ms usado en la industria es el denominado THW (Thermoplastic vinyl insulated

building wire, moisture and heat resistant). Su temperatura mxima de servicio, segn lo establecido en la

tabla 310-13 de aislamiento de conductores del CEN, es de 75 C y su tensin mxima es de 600V. Otro

17

tipo de aislante elaborado para normas de seguridad estrictas es el THHN con componentes que retardan

las llamas ante un incendio.

Un conductor puede presentar fallas ante acciones mecnicas o qumicas. Los agentes mecnicos

que afectan la integridad del conductor son externos, podemos clasificarlos en: presin mecnica,

abrasin, elongacin y dobleces de 180. En cuanto a los agentes qumicos estn los corrosivos, la

humedad, hidrocarburos o solventes, cidos, etc. Estos agentes deben tomarse en cuenta para seleccionar

un conductor que cumpla con las condiciones de seguridad y garantice una instalacin confiable.

En instalaciones industriales donde existen altos niveles de tensin y transitorios se debe tomar en

cuenta un aislamiento robusto. El conductor debe ser capaz cumplir con los requisitos de seguridad bajo

las condiciones ms crticas y seguir en completo funcionamiento.

18

4.2.3 CALIBRES DE LOS ALIMENTADORES

Un conductor es caracterizado entre otros criterios por su aislamiento y su calibre. En las normas

estn estandarizados los valores como AWG (American Wire Gauge). En la siguiente tabla se pueden ver

los valores comerciales de mayor uso y su equivalente en dimetro y rea:

Calibre(AWG) Diametro (mm) rea (mm)

12 2,05 3,31 10 2,59 5,26 8 3,26 8,37 6 4,11 13,3 4 5,19 21,2 2 6,54 33,6

1/0 8,25 53,5 2/0 9,26 67,4 3/0 10,40 85,0 4/0 11,7 107

Tabla XVI. Dimetro y rea de los conductores con calibres AWG.

Luego del calibre AWG 4/0 los conductores son categorizados por sus equivalentes en pulgadas y

se usa una unidad llamada circular mil. Esta unidad est basada en el rea de un crculo con dimetro de

una milsima de pulgada (0.001). En la tabla que vemos a continuacin estn los datos de dimetro y

rea para las medidas ms comerciales.

Calibre (Kcm) Diametro mcm) rea (mm)

250 12,70 126,7

350 13,91 152,0

400 14,43 163,5

500 15,03 177,3

Tabla XVII. Relacin de calibres y seccin transversal de conductores.

19

4.2.4 SELECCIN DE CONDUCTORES

Para seleccionar el conductor se debe cumplir con dos condiciones fundamentales:

La primera condicin tiene que ver con la capacidad trmica. El conductor debe poder transportar la

corriente requerida manteniendo una temperatura de operacin sin sufrir daos en el aislamiento.

La segunda condicin es la cada de voltaje. El calibre del conductor seleccionado debe arrojar una

cada de voltaje menor o igual a lo estipulado en el Cdigo Elctrico Nacional.

4.2.4.1 CAPACIDAD TRMICA

Ante el paso de corriente por un conductor se genera un calentamiento. La capacidad amperimtrica

se deriva de la capacidad trmica. Si la temperatura del conductor se eleva ya sea por un agente externo o

por una corriente que exceda el valor nominal, y se sobrepasan los lmites para los cuales est diseado el

aislante, este va perdiendo sus propiedades y disminuye su vida til.

La temperatura de funcionamiento de un conductor viene determinada por factores como:

- Temperatura ambiental.

- Calor propio generado por el paso de corriente.

- Velocidad de transmisin de calor al ambiente.

- Conductores contiguos en la instalacin.

Estos factores afectan la corriente nominal del conductor. Segn lo establecido en el Cdigo

Elctrico Nacional se debe aplicar un factor de modificacin si la temperatura del ambiente excede los

valores nominales establecidos por el fabricante o los estipulados en la tabla. Otro caso donde se aplica un

factor de modificacin se presenta cuando los conductores pasan por ductos, para este caso el CEN

tambin presenta una tabla.

Para una correcta seleccin de la seccin de un conductor se debe tener en cuenta principalmente el

tipo de instalacin y los criterios bsicos de transporte de energa. En el Cdigo Elctrico Nacional en su

seccin 310 se encuentran tablas para diversos casos:

- Capacidad de corriente para cables aislados en tuberas o directamente enterrados.

- Capacidad de corriente para cables aislados en aire.

- Capacidad de corriente para conductores desnudos.

20

- Factores de correccin para la capacidad amperimtrica, para ms de tres conductores en un

ducto.

- Factores de correccin para la capacidad amperimtrica en el caso donde la temperatura

ambiental excede 30C.

En la seccin 310 del CEN se pueden consultar diversas tablas que presentan la capacidad de

corriente de cada conductor de acuerdo a los casos explicados anteriormente.

Segn el artculo 220-10 del CEN, una acometida que alimenta una carga elctrica debe tener la

capacidad amperimtrica de soportar 125% la demanda de la carga de manera continua. Este valor ya debe

tomar en cuenta todos los factores de correccin que pueden presentarse en una instalacin dada. Es decir

la seccin del conductor escogido debe tener la capacidad de transferir lo consumido por la carga ms un

25% de reserva de manera continua ante las condiciones establecidas en la instalacin.

Tabla IV. Capacidad de corriente (A) permisible en cables monopolares aislados de 0 a 2000

V al aire libre, para una temperatura ambiente de 30 C

21

4.2.4.2 CADA DE TENSIN

Se considera como cada de tensin a la diferencia de potencia que existe entre el voltaje medido en

la fuente y el que se mide en la carga. Esta diferencia de voltaje se debe al consumo por la impedancia del

conductor. La impedancia es la combinacin de dos factores, reactancia y resistencia.

La capacitancia juega un papel importante en lneas de transmisin largas y con elevados voltajes.

En distribucin se suele despreciar el efecto capacitivo para los clculos. Tomando en cuenta un diagrama

vectorial para mostrar la cada de tensin en la acometida se puede observar:

Figura 1: Diagrama vectorial.

Por ser un ngulo relativamente pequeo, se puede asumir sin cometer prcticamente ningn

error que Vo es igual a su proyeccin horizontal. Obteniendo la ecuacin de cada de tensin

simplificada:

Los valores de la reactancia y la resistencia vienen dados en funcin de una unidad de longitud y

un valor en ohmios.

Simplificando las ecuaciones y sustituyendo se obtiene:

Expresando la ecuacin en funcin del porcentaje de cada de voltaje:

22

23

Para garantizar los niveles de voltaje en la carga la norma estipula dos criterios principales. Para

cargas dentro del circuito troncal se debe mantener el perfil de cada en la acometida dentro del 3%. Para

cargas retiradas del cableado principal se debe mantener el rango por debajo de 5%. Si se violan estos

valores los niveles de tensin de la carga pueden caer a niveles donde se presentan fallas en los equipos.

Los valores de reactancia y resistencia para el clculo de cada de tensin en los conductores son

tomados de las tablas del Cdigo Elctrico Nacional en su seccin de anexos Capitulo 9 Tabla 9. Estas

tablas pueden se encuentran en el Apendice I, tabla I.1.

4.2.4.3 SELECCIN DEL CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA

En los circuitos trifsicos se usa un conductor de retorno o de tierra. En la tabla V se establece la

correspondencia entre el calibre del conductor de fase con el conductor de tierra.

CALIBRE DEL ALIMENTADOR DE FASE

CALIBRE DEL ALIMENTADOR DE TIERRA

8AWG 10AWG 6AWG 10AWG 4AWG 8AWG 2AWG 6AWG

1/0AWG 6AWG 2/0AWG 4AWG 4/0AWG 2AWG

250kCMIL 1/0AWG 350kCMIL 4/0AWG+2/0AWG 500kCMIL 250kCMIL+4/0AWG

TablaV. Calibre del alimentador de fase y la correspondencia con el calibre del conductor de tierra.

Para proporcionar un camino de descarga de corrientes, los equipos de la instalacin se conectan a

tierra. El conductor de puesta a tierra viene calculado por la norma del Cdigo Elctrico Nacional en su

seccin 250. Para el clculo del conductor se usa la tabla 250-95 del CEN presentada a continuacin. En

dicha tabla se compra el valor de corriente con los valores nominales y se escoge el igual o

inmediatamente superior, luego se registra la seccin del conductor asociado, bien sea de cobre o aluminio

recubierto de cobre, a usar como conductor de puesto a tierra.

24

CAPACIDAD NOMINAL O

AJUSTE DEL DISPOSITIVO

AUTOMTICO DE

SOBRECORRIENTE

UBICADO DEL LADO DE LA

ALIMENTACIN NO MAYOR

DE: (AMPERES)

CALIBRE DEL CONDUCTOR DE PUESTA A TIERRA

ALAMBRE DE COBRE NRO.

ALAMBRE DE ALUMINIO

RECUBIERTO DE COBRE

NRO.

15 14 12

20 12 10

30 10 8

40 10 8

60 10 8

100 8 6

200 6 4

300 4 2

400 3 1

500 2 1/0

600 1 2/0

800 1/0 3/0

1000 2/0 4/0

1200 3/0 250 kCMIL

1600 4/0 350 kCMIL

2000 250 kCMIL 400 kCMIL

2500 350 Kcmil 600 kCMIL

3000 400 kCMIL 600 kCMIL

4000 500 kCMIL 800 Kcmil

5000 700 kCMIL 1200 kCMIL

6000 800 kCMIL 1200 kCMIL

Tabla XVIII. Calibre mnimo de los conductores de puesta a tierra de equipos para canalizaciones y equipos (250-95 del CEN).

25

4.3 CANALIZACIONES

Las canalizaciones para las instalaciones industriales se pueden dividir en dos. En primer lugar

estn las visibles, como ejemplo comn estn las bandejas porta cables y tuberas Conduit o EMT

superficiales. En segundo lugar estn las canalizaciones ocultas, las de mayor uso son las bancadas con

tuberas metlicas o plsticas. En cuanto a las bancadas para hacer empalmes se necesita de una tanquilla

dimensionada de acuerdo a lo establecido en el artculo 300.5 del CEN y los esfuerzos soportados por los

conductores al curvearlos.

Las tuberas deben estar dispuestas de acuerdo con un factor de llenado. Los criterios establecidos

en tanto en el CEN en su apndice I y en el manual de instalaciones electicas Westinghouse, para la

correspondencia del conductor con la tubera se encuentran reflejados en la tabla XXII. Las tablas

establecidas en el CEN se encuentran anexas en el apndice 1 de este libro.

CABLE # ALIMENTADOR

8 11 con 4 THW #8 + 1 THW #10 (t) 6

11 con 4 THW #6 + 1 THW #10 (t) 4

11 con 4 THW #4 + 1 THW #8 (t) 2

12 con 4 THW #2 + 1 THW #6 (t) 1/0

12 con 4 THW #1/0 + 1 THW #6 (t) 2/0

13 con 4 THW #2/0 + 1 THW #4 (t) 4/0

13 con 4 THW #4/0 + 1 THW #2 (t) 250

13 con 4 THW #250 + 1 THW #1/0 (t) 350

14 con 3 THW #350 + 1 THW #4/0 (n) +1 THW #2/0 (t) 500 14 con 3 THW #500 + 1 THW #250 (n) + 1 THW #4/0 (t)

Tabla VII. Calibre del cable y dimetros de la tubera para la canalizacin

4.3.1 CAJAS DE EMPALME Y CAJETINES

Estos elementos se usan para derivaciones y conexiones en el circuito. Se pueden ver como bloques

de conexin o cajas nodales donde se permite el acople del circuito con elementos como tomacorrientes,

26

interruptores, etc. Estas cajas varan en caractersticas pero siempre se debe tomar en cuenta lo

establecido en CEN Seccin 374, la canalizacin no supera el 40% del rea total.

Las dimensiones mnimas de las cajas deben considerar:

- En tramos rectos la longitud de la caja no debe ser inferior a ocho veces el dimetro

comercial de la mayor canalizacin.

- Cuando se realicen cambios de direccin la distancia entre la entrada de cada canalizacin a

la caja y la pared opuesta de la misma no debe ser inferior a seis veces el dimetro comercial

de la mayor canalizacin admitida por la caja. Si se agregan nuevas entradas por la misma

fila o pared de la caja se debe incrementar la longitud en una cantidad igual a la suma de los

dimetros de todas las dems canalizaciones que entren a la caja por la misma fila o pared.

- Se permiten cajas o conduletas rotuladas con los calibres mximos y el nmero mximo de

conductores permitidos para la misma.

Para cajas en sistemas de ms de 600V nominales la norma estipula lo siguiente:

En tramos rectos la longitud de la caja no debe ser inferior a 48 veces el dimetro exterior total del

mayor conductor blindado o 32 veces el dimetro exterior del mayor conductor no blindado que entre a la

caja.

4.3.2 TUBERIAS

El elemento fundamental para la canalizacin son las tuberas. En la industria se encuentran de tres

tipos principales, CONDUIT, EMT y PVC. El factor para seleccionar el dimetro del tubo se denomina

factor de llenado y ofrece un porcentaje que indica el espacio ocupado de la seccin transversal. Este

factor no es ms que la relacin entre el rea de conductores sobre el rea total del tubo.

De la tabla 1 del captulo 9 del CEN se obtienen los diversos porcentajes de los factores de relleno

para obtener la seccin transversal de los conductores, entonces:

- Para 1 conductor, es un 53%

- Para 2 conductores, es un 31%

- Para ms de 2 conductores, es un 40%

En la siguiente tabla se muestran las cantidades de conductores por tubera que pueden ser

canalizados:

Tabla VIII. Dimetros de tubera no metlica en funcin de la cantidad de conductores y el dimetro. (CEN Tabla 1 Capitulo 9).

Como relacin de llenado se tiene la siguiente ecuacin de donde se puede despejar el rea de la

tubera.

Siendo:

Fr = Factor de llenado deseado.

Ac = rea total de los conductores.

A = rea de la tubera requerida.

27

En el diseo de bancadas Las curvas practicadas en los tubos deben ser continuas y no originar

reducciones de seccin inadmisibles. Los espacios mnimos para curvatura de los cables en los terminales

se encuentra en la siguiente tabla de la seccin 312.6 del CEN.

Tabla IX. Espacios mnimos para curvatura de los cables en los terminales.

28

29

4.3.3 BANDEJAS PARA CABLES.

Las bandejas para cables representan un elemento importante en las canalizaciones, gracias a su

versatilidad para la distribucin a lo largo de la instalacin. Existen abiertas o cerradas modelo escalera

con fondo de metal expandido o metlico.

Segn se establece en el Cdigo Elctrico Nacional, un sistema de bandejas es un conjunto de

unidades o secciones que junto a sus accesorios conforman una estructura rgida para soportar cables.

El CEN tambin las define como canales metlicos con tapa a las bandejas portacables de fondo

slido, o bandejas escalera al modelo con fondo de estructura descubierta. Respecto al nmero de

conductores indica en el artculo 362-5, que no tendrn ms de 30 conductores de potencia y que la suma

de secciones transversales de los conductores contenidos no superar el 20% de la seccin transversal

interior del canal metlico.

En el artculo 362-10 especifica que las extensiones de los canales metlicos con tapa se harn con

los siguientes tipos de tubo: metlico rgido, metlico flexible, metlico intermedio, elctrico metlico

(EMT), canalizaciones metlicas de superficie o cable metlico blindado.

4.4 SELECCIN DE PROTECCIONES

En un sistema de distribucin elctrica los elementos de proteccin representan un punto clave para

el funcionamiento adecuado de la instalacin. La norma en el Cdigo Elctrico Nacional divide las

protecciones segn el voltaje manejado en dos captulos. Las protecciones que manejan voltajes menores a

600V son mayormente de sobre corrientes. Evitan el calentamiento por exceso de corriente que pueda

daar el aislante o el conductor en s.

En este rango de voltaje se encuentran dos principales protecciones, los electromagnticos y los

termomagnticos. Los electromagnticos son comunes a nivel industrial. Los electromagnticos son

usados para aplicaciones residenciales y comerciales, poseen tiempos de disparo fijos.

Para la seleccin de protecciones es necesario conocer ciertos datos como la tensin del circuito;

nivel de cortocircuito; corriente de operacin para condiciones normales de operacin; numero de polos;

frecuencia y condiciones de operacin.

30

El primer paso para el dimensionamiento de las protecciones es la estimacin de corriente. A

partir de este valor se escoge el calibre del conductor y su aislamiento. Luego tomando en cuenta las

caractersticas del conductor (corriente nominal y capacidad trmica) se selecciona la proteccin

correspondiente. La norma del CEN en su seccin 240-3 (B) para conductores de valor nominal menor a

800A, establece usar el valor de proteccin inmediato superior a la corriente nominal del conductor,

siempre y cuando este no exceda los 800A.

En cuanto a las protecciones para voltajes mayores a 600V, los lineamientos generales se

mantienen. Existe sin embargo un factor importante establecido en el CEN en su seccin 240-109, la

proteccin debe contar con una capacidad de interrupcin adecuada para cortar corrientes que puedan

producirse y que sobrepasen los ajustes de disparo o puntos de fusin.

En un sistema de distribucin industrial se cuenta con un tablero principal de donde se alimentan

tableros secundarios. Estas derivaciones de tableros deben contar con protecciones coordinadas tanto en

capacidad de corriente como en tiempos de disparo, de esta manera garantizando selectividad en la

instalacin.

En la industria se han estandarizado los valores para protecciones. Los fusibles e interruptores

automticos de tiempo inverso o ITMs vienen en niveles de corriente de 15, 20, 25, 30 ,35, 40, 45, 50, 60,

75, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1.000, 1.200,

1.600, 2.000, 2.500, 3.000, 4.000, 5.000 y 6.000 Amperes.

31

4.5 TABLEROS

En los tableros se distribuyen los circuitos del sistema elctrico. Reciben la energa a travs de una

acometida principal y la distribuyen por medio de barras a interruptores termomagnticos o fusibles hacia

los circuitos derivados. Generalmente los tableros principales se encuentran al lado de los elementos de

medicin.

Los tableros seleccionados para la instalacin son elaborados bajo la norma COVENIN 1568-80 y

cumplen con los estndares de la NEMA (National Electrical Manufacturers Aassociation).

Existen diferentes tipos de tableros:

-Tablero de alumbrado tipo NLAB: utilizado para la proteccin y corte de cargas de iluminacin,

tomacorrientes y cargas menores, como equipos de oficina. Sus caractersticas principales son:

Barras principales: 225A mx.

Servicio: 3(4h), 2(3h), 1(2h)

Capacidad de interrupcin: 10 kA Icc (RMS) @ 240 VAC

Nmero de circuitos: 12, 18, 24, 30, 36 y 42

- Tableros de intemperie. Estas cajas de proteccin y distribucin estn diseadas para soportar los

cambios climticos y poseen las mismas caractersticas tcnicas de los tableros comunes. Su construccin

generalmente es de acero galvanizado.

- Tableros de alumbrado y distribucin tipo NAB: se usa este modelo para la proteccin y corte de

circuitos de iluminacin y pequeas cargas de alimentadores que posteriormente son protegidos por otros

dispositivos, como arrancadores, seccionadores, etc. Normalmente alimentan circuitos ramales de:

maquinarias de pequeas potencias, las cuales poseen en forma integrada su panel de control. Sus

caractersticas principales son:

Barras principales: 400 A mx.

Voltaje de trabajo 240/120 VAC @ 60 Hz

Servicio: 3 (4h) y 2 (3h)

Capacidad de interrupcin: 65 kA Icc (RMS) @ 240 VAC

Nmero de circuitos: 12, 18, 24, 30, 36 y 42

32

- Tablero de alumbrado y distribucin tipo NHB: su utilizacin y caractersticas son similares al

tablero NAB, lo que los diferencia es que este tablero trabaja con un voltaje de 480/277 VAC y su

capacidad de interrupcin es de 25 kA Icc (RMS) @ 480 VAC y de 18 kA Icc (RMS) @ 600 VAC.

- Tableros de distribucin tipo CELDAS o CDP-1: su utilizacin, bsicamente es la misma que las

del NHB, la diferencia es que la capacidad de corriente es mucho mayor, las barras principales son de

600A mximo, y su tensin de operacin es 480/277 VAC @ 60 Hz.

- Celdas de media y baja tensin. Son armarios diseados para la intemperie. Su interior aloja

equipos de seccionamiento, equipos de control o ambos. La cantidad de corriente que manejan depende el

equipo seccionador seleccionado.

- Cajas de empalme en media tensin. Son usadas para la conexin de las secciones de la

acometida que alimenta la topa. En su interior se encuentra una deposicin de tres aislantes de cermica,

sobre los cuales hace la conexin tipo lpiz de los tres conductores de fase.

4.6 CENTRO DE MEDICION

En la instalacin se encuentran tableros o armarios de medicin. En estos mdulos se ubican por lo

general los equipos de medicin y las protecciones principales. Este gabinete debe ser de libre acceso para

la medicin por parte de la empresa elctrica que suple el servicio.

Para el caso de media tensin la medicin se hace en una celda de medicin.

4.7 PRINCIPIOS BSICOS DE DISTRIBUCIN DE MEDIA TENSIN.

Un sistema de distribucin est conformado por diversos componentes, la acometida principal de

llegada de la compaa de servicio, las protecciones necesarias en todo el sistema, los transformadores

distribuidos alrededor de la instalacin y el cableado. En los caso donde de tienen sistemas preferenciales

o de emergencia se debe de considerar la utilizacin de plantas de emergencia para suplir la carga en caso

de falla.

4.7.1 ACOMETIDA PRINCIPAL.

La acometida suministrada por la compaa elctrica puede venir de manera subterrnea o por

medio de una derivacin del tendido areo. Cual sea el caso los conductores deben cumplir con las pautas

establecidas en el CEN en su seccin 230-51.

(A) Los cables de entrada de acometida. Los cables de entrada de acometida aerea sern

soportados con abrazaderas y otros medios apropiados, a una distancia no mayor de 300mm.

(12pulg.) de cada cabezote de entrada, curva tipo cuello de cisne o conexin a una canalizacin

(tubo o caja) y a intervalos que no excedan los 700 mm (30pulg.).

(B) Conductores Individuales a la Vista. Se instalarn de acuerdo con la Tabla 203.51(C). donde

estn expuestos a la intemperie, los conductores se montan sobre aisladores o sobre soportes

aislantes fijados a perchas, soportes angulares u otros medios adecuados. Cuando no estn

expuestos a la intemperie los conductores se montaran sobre soportes de vidrio o porcelana.

Tabla X. Separaciones para Conductores Individuales a la Vista en Acometidas de

Media Tensin. (Tabla tomada de la Norma COVENIN 734-76.)

33

34

4.7.2 PROTECCIN CONTRA SOBRECORRIENTE

Lo establecido en el artculo 710-20 del CEN, indica que todos los conductores activos en media o

baja tensin se deben proteger contra sobrecorriente por uno de los siguientes procedimientos:

- Rel de sobrecorriente y transformadores de corriente: debe existir como mnimo tres.

- Fusibles: debe haber un fusible en serie con cada conductor activo.

En el mismo artculo 710-21 se especifican los casos para la aplicacin de los dispositivos de

interrupcin de circuitos:

- Interruptores automticos.

- Fusibles de potencia y portafusibles.

- Cortacorrientes y fusibles de alta tensin-tipo expulsin.

- Cortacorrientes en aceite.

- Interruptores de carga.

4.7.3 TRANSFORMADORES

La distribucin elctrica se hace para distintos niveles de tensin. Los transformadores son

elementos que permiten manejar los voltajes para diversas aplicaciones. Como dispositivo presentan una

impedancia asociada a sus devanados que afecta factores como las corrientes de corto circuito que circulan

en caso de fallas.

Existen diversos tipos de transformadores aplicables en el rea de distribucin., los ms comunes en

la industria son:

- Tipo convencional de poste o rurales: Es un transformador reductor por lo general monofsico que

constan de un ncleo y bobinas montados, de manera segura, dentro de un tanque lleno de aceite.

Su montaje en postes se hace de manera de que los bujes de entrada, ubicados en la parte superior

queden cerca de la lnea de media tensin, la salida de baja tensin se encuentra por lo general a

un costado del equipo.

- Tipo pedestal o Pad Mounted. Aun cuando este nombre dado en la industria no dice mucho de que

es el equipo, los Pad Mounted se caracterizan por ser dispositivos de distribucin instalados en

exteriores o interiores. Son transformadores de llenados ntegramente en aceite, hermticos y

enfriados por radiadores con ventilacin natural o forzada. Las potencias manejadas van desde

35

45kVA a 7.500kVA. Sus voltajes en el lado primario o de entrada van desde 2.400V hasta

43.800V con un BIL de 250kV. Los voltajes de salida van desde 208Y/120 V hasta 24,94kV.

- Tipo seco encapsulado en resina epoxi. Es un transformador diseado para manejar potencias

entre 100kVA hasta 2500kVA. Su ventaja principal es que son libres de mantenimiento y su

tamao en relacin a la potencia es ideal. No son aptos para aplicaciones de intemperie.

Existen una gama considerable de transformadores y de fabricantes en el mercado actual. En el

proyecto se usan solamente estos tres tipos.

4.7.4 PLANTAS DE EMERGENCIA-GENERADORES AUXILIARES

Estos sistemas de generacin se encargan de suplir carga ante una falla en el sistema de

alimentacin principal. La activacin del sistema y el cambio de alimentacin se hacen por medio de un

Interruptor de transferencia. Este es un sistema de transferencia basado en interruptores slidos de

electrnica de potencia que se encarga de cambiar la alimentacin y arrancar la maquina generadora. Este

dispositivo puede venir o no acoplado a la planta generadora, por lo general niveles de potencia por

encima de los 300kVA suelen estar incorporados. El transfer es importante porque evita que la carga sea

alimentada por la red y el generador al mismo tiempo o que la red alimente al generador ocasionando una

falla, la electrnica de potencia logra hacer el cambio de manera eficiente con los interruptores de estado

slido.

Los generadores en las instalaciones industriales suelen ser mquinas diesel. Estas mquinas deben

ser dimensionadas para alimentar las cargas crticas como sistemas de emergencia, procesos que no deben

presentar paradas abruptas o procesos de ventilacin de gases en tneles.

4.9 ILUMINACIN

En la realizacin de un proyecto de alumbrado, se debe tomar en consideracin ciertas variables,

como el objeto de la iluminacin, las exigencias arquitectnicas o decorativas, consideraciones

econmicas, etc. La medida de mayor peso en la proyeccin de la iluminacin es la cantidad luz o lumen

por m, medida que lleva el nombre de LUX (lx). La cantidad de lux por s sola no garantiza un calidad de

36

la iluminacin, esta viene definida por otros factores como el deslumbramiento, relaciones de brillo,

difusin, color entre otras variables.

Segn lo establecido en el Manual de Alumbrado Westinghouse en su captulo 5, se destacan los

niveles de lux mnimos para diversos ambientes. En la siguiente tabla se destacan los ambientes

pertinentes a este proyecto.

ZONA o AMBIENTE NIVEL PROMEDIO DE LUX Taller (Montaje de Piezas) 500

Zonas Exteriores (Iluminacin Perifrica) 100 Tnel Ferroviario 15

Tabla XII. Niveles de lux propuestos en el Manual de Alumbrado Westinghouse.

Como se expresa en la tabla, el diseo del alumbrado debe cumplir con estos niveles. En el caso del

tnel la iluminacin es baja y solo se usa como gua. Para el trabajo dentro de la excavacin se usa una

batera de luces.

CAPITULO V

CRITERIOS GENERALES UTILIZADOS PARA EL

DISEO DE INSTALACIONES INDUSTRIALES.

5.1 INGENIERA CONCEPTUAL.

El metro de los Teques en su primera etapa llega desde la estacin de metro Las Adjuntas de

Caracas hasta la estacin de El Tambor en los Teques. Esta lnea la cual se encuentra en funcionamiento,

ser seguida de un recorrido el cual consta de varias etapas. La segunda comienza con la excavacin de

dos tneles paralelos de 4900m. de longitud.

Figura 2. Locacin del campamento.

37

38

5.2 LA EXCAVACIN

Los tneles sern construidos mediante excavacin mecnica con mquina tunelera. La utilizacin

de este sistema constructivo determina la necesidad de un campamento para el inicio del trabajo. Aqu se

elabora un prtico de concreto para la entrada de la maquinaria al suelo.

En el prtico, mediante una configuracin de gras puente se abastece la excavacin con dovelas y

materiales. Los suelos excavados son extrados del prtico por las mismas gras y luego retirados por la

gra pluma.

La mquina tunelera a utilizar es de frente cerrado TBM (Tunnel Boring Machine) del tipo EPB

(Earth Pressure Balance) que trabaja con compensacin de presiones durante la excavacin; esto para

contrarrestar las presiones de agua y suelo del medio circundante, con lo cual se logra minimizar las

perturbaciones del entorno.

Todos los elementos mecnicos de la TBM se alojan dentro de una estructura protectora de acero (el

escudo), cuya misin es el sostenimiento del terreno en la zona ya excavada y todava ocupada por la

mquina. Al avanzar sta, dicho sostenimiento se sustituye por un revestimiento de anillos conformados

por 7 dovelas prefabricadas de hormign armado, que constituyen la estructura resistente del tnel, y que

la mquina coloca mediante un equipo erector en la parte posterior del escudo simultneamente con su

avance. El dimetro interno de los anillos es de 6 metros. El empuje longitudinal necesario para el avance

se logra mediante una reaccin contra el conjunto de anillos ya colocados a travs de un grupo de gatos

hidrulicos.

En el frente del escudo se encuentra la rueda de corte rotativa, equipada con herramientas

apropiadas para el tipo de suelo a excavar. Los suelos excavados ingresan a una cmara situada por detrs

de la rueda de corte y son llevados, mediante un tornillo sinfn hacia el interior del escudo. Donde se

descargan sobre una cinta transportadora, la que a su vez descarga el material en el tren de carga a diesel

que transportar el suelo hacia la boca de acceso.

39

El proceso de excavacin requiere la utilizacin de espumas y otros aditivos con el objetivo de que

el suelo extrado forme una mezcla de consistencia viscoso-plstica que facilite su extraccin a travs del

anillo sin fin y permita mantener la presin en el frente de corte.

A la cola del escudo se encuentra el tren de apoyo posterior (back-up) que contiene todos los

equipos auxiliares: sistema de deteccin y extincin de fuego, ventiladores y conducto de ventilacin,

tanque de almacenamiento de agua, sistema de inyeccin (bombas, tanques, vlvulas y mangueras) y

suministro de energa (transformadores, tableros, bobina de cable).

Por dentro del tnel ya construido circulan los vagones que transportan las dovelas de hormign

prefabricadas, materiales y personal de operacin, los cuales, junto con la locomotora que traslada los

vagones conforma el tren de carga. Este sistema funciona con motores diesel, el nmero de trenes de carga

(locomotora y vagones) depender del ritmo de avance de la obra y de la distancia al prtico de entrada.

Por lo general la excavacin de los tneles es un proceso continuo. Las mquinas funcionan todo el

tiempo, solamente saliendo de operacin en casos de mantenimiento o para la extensin de su

alimentacin elctrica.

5.3 EL CAMPAMENTO Y EL SUMINISTRO ELCTRICO.

Cada tnel es excavado por una mquina tunelera, llamadas Topas en el argot ingenieril. Para

iniciar la construccin de los tneles hace falta adecuar un sitio para la entrada de las Topas. El terreno

seleccionado est ubicado en la zona de El Tambor colindando con el liceo Cecilio Acosta. Este

campamento base cuenta con un rea de 14,630m. Aqu se despliegan todos los requerimientos necesarios

para la excavacin y adems se destina una zona para mdulos de oficina.

La distribucin elctrica debe suplir dos cargas principales, las topas y el resto del campamento.

Cada Topa tiene un consumo nominal de 2.5 MVA sumado a la ventilacin e iluminacin de los tneles.

Representan un 70% de la carga solicitada a la empresa elctrica. El resto de los equipos y cargas presenta

un consumo de 2 MVA. Ante la peticin de las cargas, la empresa de servicios debe acondicionar la

subestacin ms cercana y conveniente para el despacho llamada El Barbecho.

La empresa elctrica que suple a los Teques es la Electricidad de Caracas C. A. Debido al nivel de

carga solicitado, se opta por la subestacin que se encuentra a escasos 3km del campamento: El Barbecho.

Esta subestacin cuenta con una cantidad acotada de circuitos sin mucha holgura en cuanto a reserva de

carga se refiere y espacio en el patio de transformacin. En las reuniones sostenidas con la empresa

elctrica se llega a un plan de trabajo donde se redistribuye la carga existente para lograr alimentar la

capacidad de 7MVA en 12.47kV desde dos circuitos independientes denominados A4 y B2. La carga de

300kVA en baja tensin (480V) se despacha junto con las dems cargas existentes a travs del circuito

A2. Este plan de accin es puesto en funcionamiento de manera prioritaria para lograr cumplir con el

tiempo estimado para el arranque de la excavacin. En la figura 4 se muestra un diagrama de la entrada de

los circuitos de media tensin A4 y B2 a las celdas de distribucin.

Figura 4. Entrada de las acometidas de media tensin a las celdas de distribucin.

Una vez adecuada la subestacin para recibir esta carga, la empresa se compromete en garantizar

los niveles de tensin y una independencia importante de otras cargas para las acometidas en media

tensin.

La baja tensin es entregada en 480V en un mdulo de transformacin. Este debe estar diseado

para intemperie, anclado al piso y consta de un transformador seco y sus protecciones principales. El

interruptor principal esta dimensionado para 400A y una capacidad de interrupcin de 25kA. El

transformador para alimentar las cargas de oficinas y uso general en 208/120V tiene una potencia nominal

de 150kVA.

El tablero principal de esta acometida de 480V tiene tres cargas bsicas: tablero de iluminacin,

transformador de 150kVA y Tablero Auxiliar. Luego de la transformacin a 208-120V se coloca un

tablero principal en 208V, de aqu se distribuye hacia los subtableros.

40

41

Las acometidas de media tensin se entregan desde tendidos areos independientes en 12.47kV. El

circuito A4 tiene una potencia de 4.5MVA, el B2 lleva los restantes 2.5MVA para una potencia total de

7MVA. Cada acometida entra en una celda de medicin. Los 4.5MVA llegan desde el tendido areo a un

seccionador de la Electricidad de Caracas C.A., luego son divididos en 2.5MVA para la alimentacin de la

TBM y 2MVA van a un transformador de 12.47kV/480V 2000kVA.

La alimentacin de cada topa pasa por dos celdas, en una de medicin y otra de seccionamiento y

proteccin. Las celdas de medicin estn equipadas con tres transformadores de corriente relacin 300/5

y dos de potencia relacin 1200/5 para registrar los valores correspondientes. En la segunda celda se

encuentra un seccionador principal de 3X400A y una capacidad de interrupcin de 37kA. Asociado a este

interruptor se usa un juego de fusibles de 150A y una capacidad de interrupcin de 25kA para proteccin.

Se dispone de una planta de emergencia para alimentar el tablero de 440V ante una eventual falla

del sistema de alimentacin principal. Las principales cargas que requieren 100% de disponibilidad son la

iluminacin y ventilacin del los tnel las dems cargas conectadas al tablero son detenidas. El generador

diesel de respaldo tiene una potencia nominal de 500kVA a un voltaje de 480V. Este equipo est

conectado por medio de un dispositivo Transfer que se encarga de activarlo y transferir la carga de manera

manual.

5.4 ESTIMACIN DE DEMANDA

La demanda del campamento se conforma por diversos tipos de carga. En primer lugar, se tiene el

consumo de las mquinas tuneleras TBMs alimentadas desde la acometidas de media tensin por los

circuitos A4 y B2 de la estacin El Barbecho. En segundo lugar estn las cargas de todos los equipos

industriales que se encuentran funcionando en el campamento, alimentados por el transformador de

2000kVA conectado a la acometida de media tensin A4. Por ltimo estn las cargas de los servicios de

oficinas e iluminacin general alimentados por la acometida de baja tensin A2.

En la siguiente seccin se presentan los factores usados para cada tipo de carga. La estimacin total

de la carga del campamento toma en cuenta los criterios establecidos por el cliente y por los proveedores

de maquinaria.

42

5.4.1 TBMs

La maquinaria excavadora de los tneles funciona con una alimentacin elctrica en media

tensin. Est dotada de un transformador el cual adecua el voltaje para el uso. Se utiliza una

acometida de media tensin para lograr recorrer largos tramos y de esta manera se minimizan cada

de tensin en la alimentacin. Este conductor trifsico llega a un transformador ubicado en la Topa, el

cual es diseado con los valores nominales de alimentacin y una ventilacin forzada para un mejor

rendimiento. En el caso particular de estas dos topas el transformador es de 2.5MVA y 12.47kV del

lado de alta y posee varias tomas en su devanado secundario para los distintos voltajes necesarios. La

Topa se visualiza, para efectos del proyecto, como una carga con un factor de demanda de su potencia

nominal del 100%.

El objetivo principal de la obra es la realizacin de los tneles paralelos en un tiempo acotado,

siendo de vital importancia el funcionamiento continuo de la Topa. Estas deben excavar de manera

continua, saliendo de servicio solamente para mantenimiento o para la extensin de la acometida; lo

que debe hacerse en el menor tiempo posible.

La Topa posee una bobina de 200m. de cable 5x70mm, esta bobina se empalma a la

alimentacin de media tensin en una caja y se va extendiendo a medida que avanza. Una vez que la

bobina llega a la extensin mxima o antes, se alarga la acometida con un segmento de

aproximadamente de 100m., se recoge la bobina y se coloca una nueva caja de empalme para repetir

el proceso.

Aparte de la maquinaria excavadora la carga de 2.5kVA asociada a los tneles, es tambin

crtica. Debido a que los residuos de la excavacin son extrados mediante un sistema de vagones

impulsados por combustible diesel. La ventilacin debe funcionar 100% para garantizar niveles

apropiados y calidad de aire. La iluminacin tambin debe tener una disponibilidad del 100% por

motivos de seguridad.

43

5.4.2 EQUIPOS INDUSTRIALES.

El campamento est equipado, entre las cargas ms relevantes, con: gra pluma, gras puente con

capacidad de 52T, planta de concreto, ventiladores, bombas de achique, compresores, iluminacin,

sistemas contra fuego y tomas de fuerza industrial. Estos equipos representan cargas importantes dentro de

la estimacin neta del consumo para el campamento. La suma de las demandas nominales de estas cargas

arroja un total de 1465kVA. Este consumo es alimentado desde el transformador de 2000kVA ubicado en

el centro de distribucin de media tensin (figura 4).

Dentro de las cargas industriales se destacan los motores y las soldadoras por su alto consumo de

potencia, en sus perodos de tipo transitorio y subtransitorio, al arrancar. Estos eventos de arranque y

parada no siguen un patrn fijo. Para estimar la demanda se hace a partir del caso de demanda crtica

mayor, que se puede presentar en esta operacin aleatoria. Los factores aplicados a la carga industrial

cuentan con la salvedad de un funcionamiento continuo, ya que el campamento requiere un rgimen de

trabajo de tres turnos para cumplir con los tiempos previstos de realizacin de la obra. Esto se refiere a

lograr trabajar la mayor cantidad de horas en un da.

5.4.3 EQUIPOS DE OFICINAS Y AFINES

La carga de oficinas, vestuario, comedor y vigilancia representan una carga aproximada de

300kVA, repartidos entre el voltaje de 480/277V y 208/110V. En los equipos de oficina se ubican

sistemas de aire acondicionado con un consumo total estimado en 30kVA. Sumado a esta carga se

encuentran todos los equipos alimentados por toma corrientes de uso general y de la iluminacin. Los

equipos de emergencia como bombas de agua para sistema contra incendios tambin estn incluidos

dentro de este estimado El subtablero de oficina queda alimentado desde un transformador de 480/208V

con 150kVA.

Con el fin de poder tener un campamento de tipo modular, que se pueda mover con facilidad para la

siguiente locacin de perforacin, las oficinas son hechas a partir de mdulos tipo contenedor. Estos

mdulos tienen servicio de aire acondicionado por medio de unidades Split y unidades de ventana,

cuentan con tomas de corriente para alimentar equipos de cafetera, de escritorio, impresin, copiado y uso

general. Los conteiner tienen sistema de iluminacin y sistema de alarmas contra incendio. La carga de

oficinas es suplida desde un subtablero derivado de un transformador 150kVA 480/208V. Las cargas de

iluminacin son alimentadas a 480V. La distribucin interna y el proyecto elctrico de los mdulos no

entran dentro del alcance de este proyecto.

El rea de vestuarios, comedor y vigilancias son cargas sencillas de iluminacin y tomas de fuerza

con consumos reducidos.

Figura 5. Diagrama Unifilar Caseta Baja Tensin.

44

Figura 6: Diagrama Unifilar Caseta M.T.

45

Figura 7: Diagrama entrada de M.T.

5.5 CARGA INSTALADA

La demanda elctrica en esta instalacin se divide en media y baja tensin. En la acometida de

media tensin se encuentran las Topas con un consumo total de 5MVA y un transformador de 2000kVA.

En la de baja tensin se encuentran equipos de oficina, iluminacin, comedor, vestuario y cargas

comerciales.

La carga a ser conectada en esta instalacin tanto para media como baja tensin puede ser apreciada

en detalle en la siguiente tabla.

Descripcin Voltaje

Nominal

Corriente Nominal

Potencia

Cantidad Potencia

Total

EQUIPOS INDUSTRIALES Bombas de Agua 480 79 65.60 2 131.20

46

47

Planta Concreto 480 90 74.74 2 149.47 Mquinas de soldar 480 100 83.04 2 166.08

Gra Pluma 480 120 100 1 100 Gra Prtico 52ton. 480 180.63 150.00 1 150

Hyperbrico Compresor 480 180.62 149.99 2 299.97 Bombas de Achique 480 30 24.91 9 224.21

AIRES ACONDICIONADOS Y EQUIPOS DE OFICINA Aire de 2 Toneladas 208 20 7.20 1 7.20

Aire de 1.5 Toneladas 208 14 5.04 4 20.15 Equipos de oficina 208/110 100 35.98 1 35.98

TOPAS EXCAVADORAS Extractores 480 109 90.51 2 181.03

Topas Excavadoras 12470 110 2373.04 2 4746.08 ILUMINACION Y TOMAS DE ENERGIA

Iluminacin Trabajo 480/277 2.4 1.99 20 39.86 Iluminacin Tunel 480/277 14 11.6256 2 23.25

Iluminacin Periferia 480/279 0.482 0.40 26 10.41

Tomas de Fuerza 208/110 30 14.

38 1 14.38

Iluminacin Interna 208/110 0.3 0.14 48 6.90

CARGA CONECTADA 6306.16 FACTOR DE RESERVA 10% 630.616

CARGA TOTAL CONECTADA 6936.77

Tabla XIXI. Carga conectada en la instalacin.

En la tabla XI adems de mostrar los consumos de las cargas se establecen un factor de reserva del

10% para obtener la carga total de 7.1MVA, esto satisface los requerimientos establecidos por el cliente y

por las necesidades del proyecto.

La distribucin de las cargas entre las acometidas de media y baja tensin se puede apreciar en los

diagramas unifilares, figuras 2 y 3. En este diagrama se observan las cargas repartidas en los tableros tanto

de de 480/277V y 208/110V.

5.6 SELECCIN DEL CALIBRE DE LOS ALIMENTADORES.

5.6.1 SELECCIN ALIMENTADORES BAJA TENSIN.

Los alimentadores propuestos para esta instalacin industrial son cables de cobre, trenzado

revestido, tipo THHN, THW y XLPE. Para la distribucin de la baja tensin se usan conductores de tipo

48

THHN/THWN. El revestimiento THHN consta de una chaqueta de nylon con propiedades idneas para

la instalacin en este tipo de ambientes:

- Apropiados para instalarse en lugares hmedos o secos.

- Gran resistencia a la abrasin, al aceite y a los agentes qumicos.

- Anti-flama, resistente a la propagacin de incendios.

El calibre mnimo a usar en la instalacin es #12 an cuando ste quede sobredimensionado en los

clculos, hay que tener en cuenta que la instalacin de tipo industrial debe contar con contingencias y por

normas de la empresa establece esto.

5.6.2 SELECCIN ALIMENTADORES MEDIA TENSIN.

En media tensin se tiene la alimentacin de las Topas por medio de un cable Pirelli Voltalene con

aislante XLPE de calibres internos de 1/0 AWG para los conductores de fase y 2X8AWG neutro mas

tierra, es decir un alimentador formado por 5 conductores revestidos y aislados. Este cable presenta una

cada de tensin de 2.45% en la condicin de mayor longitud de 4900m. Se selecciona el alimentador

tomando en cuenta el peso por metro y las caractersticas del aislamiento favorables para la instalacin

dentro del tnel. Este conductor va colocado en perchas fijadas a los anillos en secciones de 100m.

La maquinaria de excavacin cuenta con una bobina de cable 5x70mm flexible. Este cable se

conecta a una caja de empalme, la bobina de 2.5 metros de dimetro se va desenrollando para permitir el

avance de la Topa.

5.7 DIMENSIONAMIENTO DE LAS PLANTAS ELECTRICAS

El tablero preferencial alimentado por el transformador de 12.47kV/480V contiene una carga de

465kW. El campamento tiene dos cargas importantes que deben ser suplidas en caso de una falla del

suministro elctrico principal, la ventilacin y la iluminacin de los tneles. La seguridad y calidad de aire

dentro del tnel debe ser garantizada en todo momento, debido a esto, las cargas son respaldadas por un

generador diesel de 500kVA.

49

Las cargas de ventilacin e iluminacin consumen para la proyeccin de 4900 m., 100kVA por

tnel. El generador seleccionado cuenta con 500kVA y alimenta un tablero preferencial. El sistema de

respaldo alimenta a este tablero preferencial en condiciones de falla de la alimentacin principal. La

conexin de la planta se hace por medio de un dispositivo de Transfer manual que se encarga de la

desacoplar la carga el sistema y acoplarla al respaldo. Una vez que la planta auxiliar entra en servicio se

detienen los procesos asociados con la excavacin, solo queda en funcionamiento los procesos crticos

para garantizar un ambiente seguro y el enfriamiento de la maquinaria. Las gras, planta de concreto y

hasta los compresores paran hasta que se normalice el servicio elctrico.

El figura 3 muestra un unifilar con la conexin de los tableros principal y preferencial y sus cargas

conectadas.

5.8 DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES Y TABLEROS PRINCIPALES

Con los valores de demanda, para el campamento, se debe seleccionar los tableros y

transformadores para la distribucin en baja tensin. La acometida en 480V suple en la primera etapa

300kVA, esta se recibe en un mdulo de medicin de la compaa de servicios de la Electricidad de

Caracas C.A., que luego va al tablero principal. La capacidad del interruptor principal para esta etapa es de

3X400A, a partir de este se conecta el tablero principal de 18 espacios. Este tablero distribuye a un

subtablero de iluminacin, otro de servicios auxiliares y a un transformador 480/208V de 150kVA.

La acometida de media tensin se conecta con un transformador de 2000kVA con una proteccin en

de fusibles en el lado de alta y un interruptor de 3x1700A tipo ND, con capacidad de interrupcin de 50kA

en el lado de baja. Luego se conecta un tablero principal de 48 espacios y un voltaje de 480V. De este

tablero se distribuye la electricidad para las cargas industriales.

El transformador seleccionado baja tensin es de tipo seco con una potencia de 150kVA. Sus

funcin es llevar el voltaje de 480V a 208/110V para alimentar las cargas de oficina y las tomas de uso

general en el campamento. Este transformador se ubica dentro de la caseta de distribucin B.T.

El transformador de 2000kVA es de tipo ACEITE.la salida de este equipo va a un transfer manual

que selecciona entre la planta auxiliar y la alimentacin principal.

5.9 MDULO DE DISTRIBUCION

En funcin de los requerimientos del cliente para crear un proyecto modular, se dise una celda de

distribucin modular. Basado en esto se plantea un mdulo de 2.5m. de largo 2.8m. de profundidad y una

altura de 2,3m., adentro se aloja el tablero principal de B.T. y dos subtableros. Dentro tambin se

encuentra el transformador seco reductor de 150kVA.

El mdulo est construido en su totalidad por hierro con acabados de alta resistencia a los efectos

ambientales y agentes corrosivos. Sus puertas se abren en un ngulo de 180 para dar fcil acceso a todo

su interior. Adosado al modulo se encuentra un gabinete con los equipos de medicin de la compaa de

servicios. Los detalles de este diseo pueden verse en los anexos. En la figura 4 se observan unas

perspectivas del diseo. Este diseo tiene la capacidad ser desconectado y movilizado por medio de gra o

montacargas a la siguiente locacin de excavacin.

Figura 8: Vistas en perspectiva del modulo de baja tensin y el armario de medicin.

50

51

Las celdas de media tensin tienen una medida de 1x1x2m. Su fabricacin es en hierro y acabados

de alta resistencia ante corrosivo y fuegos. Estn adems acondicionadas para tener una buena ventilacin.

Se tienen 4 celdas, dos de seccionamiento y dos de medicin (M1, M2) como se muestra en el diagrama

unifilar.

5.10 SISTEMA DE CANALIZACIONES.

La distribucin de los alimentadores en baja tensin para cada zona del campamento se hace a

travs de bancadas y tanquillas. Los empalmes para llegar a los tableros se hacen con tuberas tipo

Conduit.

Las bancadas constan de tubo PVC de tipo elctrico con un dimetro acorde al nmero de

conductores que se van a canalizar, son vaciadas con un concreto pesado de 250kg/cm para soportar el

paso de camiones cargados con material pesado. Los tubos de canalizacin PVC son llenadas a un

mximo de 40% dejando un espacio de reserva para el paso de algn conductor extra si se requiere y

evitando sobrecalentamientos por exceso de calor generado.

De las tanquillas donde se tienen las terminaciones o empalmes de las bancadas se derivan en sitios

especficos, tuberas tipo Conduit, con sus accesorios para empalmar con los subtableros de donde se

distribuyen los circuitos ramales.

Los criterios para la correspondencia del conductor con la tubera aplicados en el diseo se

encuentran reflejados en el captulo 4 tabla VII.

La canalizacin de la media tensin est propuesta en bancadas recubiertas con concreto pesado; al

igual que en baja tensin. El tramo de canalizacin que va desde la celda de seccionamiento hasta el

prtico, es hecho en bancada, una vez entrado en el tnel el alimentador de media tensin va colocado

superficialmente sobre perchas fijadas a los anillos de concreto.

Detalles de la bancada pueden ser vistos en la figura 9.

Figura 9: Detalle de bancadas.

5.10.1 CAJAS DE EMPALME MEDIA TENSION

La acometida en media tensin que suple cada maquina tunelera tiene la particularidad que es

extendida con el avance de la excavacin. El conductor va instalado en secciones de 100m. El empalme de

de cada tramo se hace en una caja metlica dotada de tres aisladores independientes. Cada aislante de

cermica va fijado a la placa del fondo de la caja, en el otro extremo se le coloca un dispositivo de pernos

donde se hace la unin del conductor. El mtodo para la conexin es de tipo lpiz, en ambos extremos se

exponen 5cm. de cable y son fijados al dispositivo de conexin mediante tornillos. La disposicin de

estos elementos dentro de la caja puede verse en la figura 10. Para ms detalles se pueden ver las laminas

presentadas en la seccin de anexos.

52

Figura 10: Detalle caja de empale Media Tensin.

5.11 SELECCIN DE PROTECCIONES.

La seleccin de protecciones se separa en dos secciones, media y baja tensin.

5.11.1 SELECCIN DE PROTECCIONES MEDIA TENSIN

La proteccin de los circuitos en media tensin se basa en un seccionador con un fusible por fase

para cada alimentador de la Topa. Los fusibles se encuentran ubicados en la celda de seccionamiento.

Estos fusibles son dimensionados para la proteccin del alimentador. La Topa en su empalme con media

tensin posee todas las protecciones necesarias para la deteccin y desconexinante fallas.

El banco de fusibles mo