ANÁLISIS, DIAGNÓSTICO Y MEJORAS AL SISTEMA ELÉCTRICO DE UN CLUB DEPORTIVO - Ing. Victor M Falcon

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUÍS POTOSÍ

FACULTAD DE INGENIERÍA

“ANÁLISIS, DIAGNÓSTICO Y MEJORAS AL SISTEMA ELÉCTRICO DE UN CLUB

DEPORTIVO”

TRABAJO RECEPCIONAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTA:

VICTOR MIGUEL FALCON DELGADILLO

SAN LUÍS POTOSI, S.L.P, ENERO DE 2008

Agradecimientos:

Primeramente a mis padres Hilario Falcón Márquez y Gloria Delgadillo Moedano, por

todo el apoyo que me proporcionaron durante toda la carrera y a ellos dedico este

trabajo. También hago una mención especial a la familia Anguiano Martínez.

ANÁLISIS, DIAGNÓSTICO Y MEJORAS A LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CLUB DEPORTIVO

INTRODUCCIÓN 1

1. ANÁLISIS ENERGÉTICO EN UN SISTEMA ELÉCTRICO 3

1.1 Diagnósticos Energéticos 3 1.2 Desarrollo de un Diagnóstico Energético 4 1.3 Definición del Concepto de Sistema Eléctrico 9 1.4 Elementos que Constituyen una Instalación Eléctrica de Baja Tensión 10

2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 15

2.1 Breve Historia y Descripción del Club Deportivo 15 2.2 Descripción de los Servicios que Ofrecen las Instalaciones 15 2.3 Descripción del Sistema Eléctrico 16 2.4 Diagramas Unifilares y de Subestaciones 18 2.5 Censo de Cargas 28

3. ANÁLISIS DEL SISTEMA 39

3.1 Mediciones y Características de las Cargas por Local 39 3.2 Análisis de Caídas de Voltaje en Conductores 47 3.3 Análisis del Porcentaje de Desbalance y Circuitos Derivados en Centros de Carga y

Tableros de Alumbrado y Fuerza 58 3.4 Cálculos de Cortocircuito 81 3.5 Análisis de Eficiencia en Sistemas de Bombeo de Albercas y Calderas 94 3.6 Análisis de Alumbrado 96

4. ANÁLISIS DEL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA 105

4.1 Tarifas 105 4.2 Análisis de los Recibos en Tarifa O-M 107 4.3 Análisis de los Recibos en Tarifa 02 115 4.4 Análisis de la Nueva Tarifa OM Contratada a Partir de 2007 117

5. MEJORAS PROPUESTAS 119

5.1 Mejoras para Reducir las Caídas de Voltaje y Pérdidas en Conductores 119 5.2 Mejoras a los Sistemas de Protección Eléctrica, Centros de Carga, Circuitos

Derivados y Porcentaje de Desbalance 124 5.3 Oportunidades de Ahorro por Corrección de Factor de Potencia 160 5.4 Propuestas para Sistemas de Bombeo y Filtros 171 5.5 Propuestas para Alumbrado 174

A

5.6 Recomendaciones para la Aplicación de las Mejoras Propuestas 183

CONCLUSIONES 185

BIBLIOGRAFÍA 187

B

INTRODUCCIÓN

En México el aumento en la demanda de energía eléctrica ha sido constante, pero el crecimiento del sistema eléctrico, reflejado en la construcción de nuevas plantas generadoras y la ampliación de las ya existentes se encuentra rezagado, lo cual reduce el margen de reserva recomendable.

Generar energía eléctrica requiere hacer uso de recursos no renovables, que generan emisiones nocivas de contaminantes. La generación de energía eléctrica en la Comisión Federal de Electricidad se realiza en centrales hidroeléctricas, termoeléctricas, eólicas y nucleares.

Al cierre del mes de junio de 2006, la CFE contó con una capacidad efectiva instalada para generar energía eléctrica de 46,176.76 Megawatts (MW), de los cuales: 8,770.90 MW son de productores independientes (termoeléctricas); 10,284.98 MW son de hidroeléctricas; 22,194.33 MW corresponden a las termoeléctricas de CFE; 2,600.00 MW a carboeléctricas; 959.50 MW a geotermoeléctricas; 1,364.88 MW a la nucleoeléctrica, y 2.18 MW a la eoloeléctrica.

La energía eléctrica es la fuerza vital de los sectores productivos (industria, comercio y servicios), hacerla llegar a los lugares donde se requiere implica grandes costos tanto en su generación como en su transmisión.

Debido a esto, es de vital importancia que quienes consumen la energía eléctrica busquen hacer uso de ésta manera eficiente, de tal forma que eviten gastos en desperdicios de energía que pueden implicar baja productividad o pérdida de dinero.

En nuestro país existen programas de ahorro de energía, según datos de la CFE, se tiene aproximadamente 800 mil clientes nuevos cada año y se prevé un aumento en la demanda del 70% en los próximos 10 años, así que para resolver esta problemática ha sido necesario analizar términos como competitividad, reducción de costos, optimización de procesos, reingeniería y ahorro.

Entre todas las alternativas mencionadas, el ahorro puede considerarse la mejor opción, por su menor costo económico. En 1989 el gobierno estableció el Programa Nacional de Modernización Energética, por lo que la Comisión Federal de Electricidad implementó el Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico (PAESE). Cuyo fin es promover la participación de los diversos sectores en el ahorro y uso racional de la energía eléctrica.

Esto originó que la Comisión Federal de Electricidad y varias cámaras industriales, crearan un organismo privado no lucrativo con la responsabilidad de promover el uso racional de la energía eléctrica en todos los sectores de producción y en 1990 se instaló el Fideicomiso para el Ahorro de la Energía Eléctrica (FIDE).

Por esta razón el propósito de este trabajo fue realizar un análisis de las condiciones del sistema eléctrico del club deportivo, estudiando el tipo de cargas y niveles de consumo, las

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actividades que requieren de energía eléctrica para así determinar la mejor manera de ahorrar energía. Esto se realizará basándose en los procedimientos que realiza el FIDE para diagnosticar el consumo de energía, publicado en su página de Internet, www.fide.org.mx, y en revistas y folletos distribuidos por el mismo instituto.

Dichos procedimientos permitieron desarrollar este estudio de consumo de energía, el cual se basó en inspecciones visuales, mediciones y verificación del estado de la instalación eléctrica mediante cálculos y comparaciones con las normas existentes (Norma Oficial Mexicana).

Primero se realizaron diagramas y censos de carga del sistema, se hicieron mediciones y verificaciones de las características de las cargas, se analizaron las caídas de voltaje en conductores, se verificaron los porcentajes de desbalance en los circuitos, se verificó la capacidad del sistema para protegerse de fallas de cortocircuito mediante cálculos de cortocircuito, se realizó un análisis de alumbrado y otro sobre la eficiencia en sistemas de bombeo de albercas y calderas.

También se realizó un estudio del consumo de energía eléctrica, y todos estos datos permitieron presentar las propuestas necesarias para mejorar las caídas de voltaje y pérdidas de energía en conductores, mejoras a los sistemas de protección eléctrica, centros de carga y circuitos derivados, reducción del porcentaje de desbalance de corriente entre fases, corrección del factor de potencia y se presentan propuestas para el sistema de bombeo y filtrado de albercas y por último se proponen modificaciones y recomendaciones para el alumbrado.

Se buscó presentarlo de manera detallada para poder entender como se llegó a cada resultado y conclusión, se presentan tablas, diagramas unifilares, gráficas y fotografías para poder ilustrar mejor el estudio.

Este trabajo pretende ejemplificar cómo es posible aplicar un método de estudio de consumo de energía eléctrica, aplicando lo estudiado y aprendido en la carrera de Ingeniero Electricista.

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http://www.fide.org.mx/

1. ANÁLISIS ENERGÉTICO EN UN SISTEMA ELÉCTRICO

1.1 Diagnósticos Energéticos

Un diagnóstico energético se puede definir como el estudio o los estudios que permiten determinar dónde, cómo y cuanta energía se utiliza. No son una solución directa al control de costos en el uso de energía pero si la herramienta más útil para lograr esta función.

Para realizar este diagnóstico energético, nos basaremos en el manual de Curso sobre Ahorro y Uso Eficiente de la Energía Eléctrica, en el módulo “Diagnósticos Energéticos”, del año 2005.

Por medio de los diagnósticos energéticos se identifican los puntos de mayor uso de energía, advirtiendo dónde se localizan los desperdicios y dónde es posible generar algún ahorro.

Además, en cada empresa a analizar se tiene diferentes procesos industriales, variando en tamaño, enfoque, precisión y costos, lo que de acuerdo a estas necesidades, se define el tipo de sistema eléctrico proyectando que proveerá de energía eléctrica a todo el conjunto.

Por eso la clasificación de los diagnósticos energéticos es diversa, dependiendo del sistema eléctrico a analizar, pues las instalaciones eléctricas se proyectan para infinidad de actividades, aplicaciones y finalidades, además de variar en tamaño, tipo de cargas, consumo, etc.

Debido a esto, de manera general se realizará una clasificación de los tipos de niveles en los que se desarrolla un diagnóstico energético:

1. Nivel de Inspección 2. Nivel de Macrodiagnóstico 3. Nivel de Microdiagnóstico

1. Nivel de Inspección. Es un examen visual del proceso industrial, comercial o de servicios, partiendo del diseño original, para tener una visión cualitativa, comercial o de servicios, partiendo del diseño original, para tener una visión cualitativa de ahorros potenciales de energía, cambiando procedimientos de mantenimiento y de operación, que requiere de altos costos. En éste nivel se detectan puntos de ahorro como fugas de energía, mala operación o mal funcionamiento de los equipos o instrumentos, carencia de instrumentación o equipos de protección, etc.

2. Nivel de Macrodiagnóstico. Detecta los subsistemas por áreas funcionales o procesos específicos de operación, de mayor desperdicio energético. Este nivel proporciona una idea cuantitativa de ahorros potenciales de energía en cada subsistema. En este diagnóstico es necesario contar con instrumento de medición adecuados para la obtención de información que permita aplicar el análisis y realizar balances energéticos de mayor precisión.

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3. Nivel de Microdiagnóstico. Permite detectar información precisa de todos y cada uno de loas puntos relevantes el diagrama del proceso, así como las pérdidas de energía en cada uno de los equipos, llamados también módulos. En este nivel se requiere una instrumentación extensiva, tanto para la adquisición de datos como por los estudios de ingeniería involucrados, por lo que es el más costoso de los tres niveles al permitir analizar y detallar todas las perdidas de energía. Este nivel permite justificar proyectos de inversión que busquen obtener un uso eficiente de la energía o recuperar energía desperdiciada.

1.2 Desarrollo de Un Diagnóstico Energético

Un diagnostico energético es un estudio para determinar donde, cómo y que tan bien se está usando la energía, esto es un análisis de los consumos energéticos. Para lo cual es necesario contar con información histórica y actual efectuar una prospectiva de consumos energéticos a corto, mediano y largo plazo.

El diagnóstico energético es una herramienta que identifica las áreas de mayor consumo de energía, advirtiendo donde esta el desperdicio energético y cuales procesos y operaciones son ineficientes, permitiendo encontrar las áreas en donde se puede lograr un mayor ahorro.

El diagnóstico se mueve de lo general a lo específico, pues en cada fase se trabaja para precisar los beneficios energéticos y se identifican los módulos en los cuales es más probable un ahorro de energía antes de proceder con mayor profundidad.

Como se mencionó, el procedimiento más práctico para realizar un diagnóstico es una instalación eléctrica va de lo general a lo particular y de ahí a lo puntual. Un diagnóstico energético se puede ordenar en los siguientes pasos o procedimientos:

1. Definición del proyecto 2. Recopilación de datos 3. Mediciones de Campo 4. Análisis de información 5. Proposición de proyectos 6. Evaluación y Selección de proyectos 7. Evaluación económica 8. Aprobación de propuestas 9. Desarrollo de proyectos 10. Puesta en Marcha

1 Definición de Proyecto

Establece el inicio del diagnostico de energía, que se trazan las necesidades y los objetivos a alcanzar. Las actividades de planeación que deben considerarse son las siguientes:

• Tamaño de las instalaciones, edad y localización.

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• Estructura administrativa de la empresa, jerarquías y criterios para la toma de decisiones.

• Tipo de líneas de producción o servicios y productos principales. • Horarios de trabajo en las diferentes áreas. • Consumos energéticos anuales. • Costos de combustibles y tarifas eléctricas aplicables. • Número de trabajadores, distribución y actitud respecto al diagnostico. • Planes futuros como pueden ser de expansión o contracción, cambios de procesos o

equipos, incrementos de la capacidad productiva.

En el nivel de inspección esta etapa se limita a un diagnostico del combustible y electricidad consumidos en la totalidad de la planta, cada mes y/o durante varios años, un recorrido por las instalaciones para detectar aquellas áreas donde la energía se desperdicia o se usa inadecuadamente.

En el nivel de Macrodiagnóstico se subdivide la planta en unidades de consumidores de energía de acuerdo a los resultados del nivel de inspección.

El objetivo general de todo diagnóstico energético es el de proporcionar información pertinente al departamento de conservación de energía o su equivalente para que éste pueda cumplir sus funciones básicas instrumentando los proyectos y programas adecuados. Si el sistema es muy grande, se deberá proceder a dividirlo en subsistemas o módulos, para facilitar su análisis, etiquetando las respectivas entradas y salidas para su identificación en cualquier momento. Sobretodo para el momento de poner atención en aquellos subsistemas o módulos que son susceptibles para mejorar su funcionamiento energético.

2 Recopilación de Datos

Aquí se recopilan y registran los datos necesarios de manera adecuada para su procesamiento y presentación, sin incluir mediciones.

Se construyen y ensamblan todos los datos energéticos. En el nivel de inspección los datos consisten en los registros de la empresa para poder desarrollar un análisis histórico de consumo de energía, tanto de registros energéticos como de producción. En niveles de macrodiagnóstico y microdiagnóstico se deben recopilar datos, registros de consumo de energía por departamento, inventario del equipo y datos de los manuales de las máquinas, equipos de distribución de redes (unificar, aire comprimido, vapor, etc.) y planos de construcción de las instalaciones. Se hacen mediciones más intensivas y regularmente se recurre a instrumentación portátil. Se registran datos de presión, temperatura, flujos de materia (vapor, agua, fluidos térmicos, materias primas, etc.) parámetros eléctricos (voltaje, corriente, factor de potencia, potencia reactiva, etc.). Algunos datos que se recopilan son los siguientes.

• Datos de placa.

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• Apariencia física. • Instrumentación instalada por equipo. • Sistemas de control (tipo, edad, confiabilidad, resultados). • Condiciones de operación nominales y reales. • Estructura externa de los equipos. • Estructura interna.

También es necesario hacer acopio de los diferentes planos con que cuenta la planta, tales como:

• Diagramas unifilares. • Instalaciones eléctricas de fuerza y alumbrado. • Diagramas de procesos. • Diagramas de líneas de distribución de vapor. • Diagramas de líneas de recuperación de condensado. • Diagramas de los sistemas de manejo de combustibles. • Diagrama de líneas de distribución de aire comprimido. • Características de diseño de los equipos. • Estadísticas de producción.

3. Mediciones de Campo.

Es el registro de las diversas variables energéticas en procesos y equipos, tales como:

• Niveles de iluminación. • Armónicas. • kW, kWh • Corriente y voltaje. • kVA y kVARh. • Factor de Potencia. • Temperatura y presión. • Humedad y velocidad del aire. • Flujo de fluidos (refrigerante, agua, vapor, aire)

4. Análisis de Datos

En esta fase del diagnóstico se evalúan las eficiencias energéticas y los rendimientos energéticos para su posterior tabulación. Para ello se debe hacer uso de técnicas de contabilidad financiera, tales como formas comparativas de magnitud, que son reportes de uso de energía presentados en porcentaje. Cada cantidad (pérdida, trabajo, distribución, etc.) está dada como un porcentaje de la energía total consumida. Estos formatos facilitan la comparación entre periodos recientes y pasados o entre un departamento y otro. Las formas son presentaciones gráficas (cartas tipo pie, gráficas de barras, diagramas de flechas, etc.)

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Las formas anteriores ayudan a presentar los datos de energía como relaciones, se debe tener cuidado con el manejo de este tipo de relaciones pues no siempre existe correlación apropiada entre ellas o simplemente no son función una de la otra. En esta etapa del diagnóstico energético es donde se presentan las mayores dificultades por superar, pues es necesario abordar cálculos que involucran un estrecho acercamiento con conceptos técnicos.

5. Proposición de Proyectos

En esta etapa se propone y programa las medidas técnicas y proyectos que mejorarán el uso de la energía. Este tipo de proyectos se pueden dividir en tres niveles:

a) En este nivel reagrupan los resultados recogidos de un diagnóstico preliminar, involucra acciones como el uso racional de la energía, administración como un mecanismo correctivo, la realización de mantenimiento correctivo y preventivo y ajustes operacionales. Los resultados requieren de una mínima inversión y esfuerzo.

b) En este tipo de proyectos se usa la información recabada en los diagnósticos de nivel de inspección y en el macrodiagnóstico, requieren de estudios de ingeniería más detallados y mayor inversión, pues involucra instalación de equipo con baja y mediana tensión. Son proyectos a corto y mediano plazo.

c) Estos proyectos proviene de estudios de macrodiagnóstico y microdiagnóstico por medio de una inspección más completa, son acciones a mediano y largo plazo. Requieren de mayor inversión y propone cambios profundos, como la sustitución de tecnología vieja.

El objetivo de un proyecto, resultado de un diagnóstico de este tipo, es la disminución en el consumo energético.

6. Evaluación y Selección de Proyectos

Es necesario evaluar qué proyectos son en verdad viables y cuáles no, los principales factores que se consideran se relacionan con las ventajas económicas que se esperan de él, el impacto sobre otros proyectos en la empresa y en su entorno. Y siempre considerando el principal objetivo que es la disminución de consumo de energía.

7. Evaluación Económica

El principal motivo para invertir en sistemas para disminuir los consumos energéticos es que se espera que los beneficios resultantes sean superiores a los costos de inversión. Una manera de evaluar un proyecto y su conveniencia económica es clasificándolos de la siguiente manera:

Acciones Inmediatas. Consiste en tan sólo promover el uso eficiente de energía dentro de la empresa, mejorar el uso de los equipos y darles mantenimiento. Es llevado a cabo por el propio personal de la empresa y no requiere inversión ni mano de obra del exterior. Por

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ejemplo: que los trabajadores no desperdicien energía apagando las luces que no se utilicen o no dejar funcionando aparatos cuando no se utilicen.

Acciones a Corto Plazo. Se centran en aumentar el rendimiento energético de los equipos, por medio de servicios de mantenimiento o capacitación para utilizar el equipo adecuadamente.

Acciones a Mediano Plazo. Basado en estudios de ingeniería profundos, se busca recuperar y aprovechar energías residuales, implementar instrumentos de medición en equipos y líneas de producción carente de ellos, automatización de procesos, etc. Por ejemplo: instalar bancos de capacitores, o mejorar o corregir el sistema de tierras o los sistemas de protección, etc.

Acciones a Largo Plazo. Aquí se busca rediseñar o cambiar los procesos o el uso de materias primas o combustibles, con el fin de lograr un menor consumo de energía. Requiere de una gran inversión y de estudios extensos.

8. Presentación y Aprobación de Propuestas

La presentación de los proyectos ante los directivos de la empresa deben ser programadas y deben mostrar las diferentes opciones para lograr el ahorro de energía, se deben adaptar a las políticas de la empresa.

9. Implantación del Proyecto

Esta empieza en cuanto los directivos aprueban los proyectos o parte de ellos, la implantación de estos busca evitar interferir lo menos posible en la producción de la empresa o actividades del lugar. Los paros de actividades o cortes de energía deben ser programados.

10. Puesta en Marcha del Proyecto y Diagnóstico

En esta etapa, e implementado el proyecto, se hacen mediciones y evaluaciones al proyecto implementado para verificar si se están logrando un ahorro de energía. Se compara con la situación anterior y se buscan resultados prácticos.

1.3 Definición del Concepto de Sistema Eléctrico

Un sistema eléctrico se puede definir como el conjunto de elementos necesarios para conducir y transformar la energía eléctrica” para que sea utilizada por máquinas y receptores para aplicación final

El objetivo de un sistema eléctrico es cumplir con los requerimientos para los que fue proyectado, para que cumpla con las necesidades de los diferentes elementos receptores que utilizan la energía eléctrica para transformarla y funcionar adecuadamente.

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Los sistemas o instalaciones eléctricas generalmente se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Alta Tensión (85, 115, 230, 400kV) 2. Extra Alta Tensión (más de 400kV) 3. Mediana Tensión (69, 34.5kV) 4. Distribución (23, 20, 13.8, 4.16kV) 5. Baja Tensión (0.440, 0.220, 0.127kV)

En éste análisis nos centraremos en instalaciones para distribución y baja tensión. Cabe también mencionar que toda instalación eléctrica (de alumbrado o fuerza) debe cumplir con diversos requisitos, de los cuales nombraremos de manera general los siguientes:

Capacidad. Debe estar diseñado para satisfacer la demanda de servicio que se presente y considerar el pronóstico de carga para instalaciones futuras.

Flexibilidad. Se debe proyectar para que tenga una flexibilidad adecuada para la distribución de circuitos y para el entubado y alambrado, en general deban tener una localización tal que permita hacer cambios y modificaciones.

Accesibilidad. Se debe proyectar en tal forma que sea accesible en su instalación mantenimiento y servicio en general.

Confiabilidad. Plantea la necesidad de estudiar en algunos casos varias alternativas de selecciones posibles considerando la confiabilidad de cada una de ellas.

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1.4 Elementos que Constituyen una Instalación Eléctrica de Baja Tensión

En una instalación eléctrica se pueden clasificar diversos elementos que tienen como fin conducir, proteger y controlar la energía eléctrica, los cuales se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Conductores Eléctricos 2. Canalizaciones Eléctricas. 3. Conectores para las Canalizaciones Eléctricas. 4. Accesorios Adicionales. 5. Dispositivos de Protección.

1. Conductores Eléctricos

Son elementos que conducen la corriente eléctrica de las fuentes a las cargas o que interconecta los elementos de control. La mayor parte de los conductores usados en las instalaciones eléctricas son de cobre (Cu) o aluminio (Al) debido a su buena conductividad y bajo costo comercial. Para instalaciones eléctricas en baja tensión se utilizan conductores fabricados en sección circular de material sólido o como cables, dependiendo la cantidad de corriente por conducir (ampacidad) y su utilización.

Los conductores se identifican por un número que corresponde a un calibre y normalmente se sigue el Sistema Americano de Designación (AWG por sus siglas en inglés). Siendo el más grueso el número 4/0 siguiendo en orden descendente del área de conductores los números 3/0, 2/0, 1/0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 y 20.

2. Canalizaciones Eléctricas

Son los dispositivos que se emplean en las instalaciones eléctricas para contener los conductores de manera que éstos permanezcan protegidos contra deterioro mecánico, contaminación y también, proteger a la instalación contra incendios causados por los arcos que se pueden presentar durante un cortocircuito. Los medios más comunes que se utilizan en las instalaciones eléctricas son los siguientes:

A. Tubos Conduit B. Ductos C. Charolas

A. Tubos Conduit. De estos existe gran diversidad en el mercado, para emplearlo en cada caso especial que se presente. Se pueden encontrar en tramos, o en rollo para cortarlos a la distancia que se necesite (cuando son de plástico). De manera general se pueden clasificar los siguientes:

Tubo De Acero Galvanizado De Pared Gruesa.

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Tubo De Acero Galvanizado De Pared Delgada Tubo De Acero Esmaltado De Pared Gruesa. Tubo De Aluminio. Tubo Flexible. Tubo De Plástico Flexible.

B. Ductos. Son canales de lámina de acero de sección cuadrada o rectangular con tapa, se usan en instalaciones visibles y se aplican principalmente en industrias y laboratorios.

C. Charolas. Utilizadas en aplicaciones parecidas a la de los ductos, pero los conductores instalados en charolas se colocan perfectamente alineados, incluso son agrupados y se les asigna alguna identificación en diversos tramos, también deben estar fijados con abrazaderas especiales cada cierta distancia.

3. Conectores Para Canalizaciones Eléctricas.

Sirven para interconectar canalizaciones entre sí. Existen dos tipos:

A. Condulets B. Cajas de Conexión.

A. Condulets. Son básicamente cajas de conexión con accesorios empleados en instalaciones con tubería tipo conduit visibles, se fabrican de una aleación de aluminio y otros materiales. Tiene tapas que se fijan por medio de tornillos y pueden tener empaques para evitar la entrada de polvo y gases. Los fabricantes los hacen principalmente de los siguientes tipos:

Ordinario A prueba de polvo y vapor. A prueba de explosión.

B. Cajas de Conexión. Sirven para el montaje de accesorios en instalaciones eléctricas de alumbrado o de fuerza, como son: contactos, apagadores, botones, salidas para alumbrado, etc. Se fabrican de acero esmaltado o galvanizado.

4. Accesorios Adicionales.

Estos varían de acuerdo con el tipo de instalación y su tamaño. Algunos accesorios comunes son los siguientes:

Portalámparas. Apagadores de palanca, de botón o de presión. Contactos de tipo doméstico, comercial e industrial

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5. Dispositivos de Protección.

Entre los dispositivos de protección y control para las instalaciones eléctricas, se utilizan aquellos que satisfacen las normas y recomendaciones dadas en el diseño de los circuitos eléctricos, que en términos generales son las siguientes:

Confiabilidad. Una protección debe ofrecer certidumbre de que operará siempre que se presenten las condiciones anormales para las que fue diseñada. Esta característica se logra mas fácilmente mientras más sencillos sean los mecanismos que detectan e interrumpen la falla.

Rapidez. El mecanismo debe reaccionar lo más rápido posible para evitar daños en la instalación eléctrica (conductores) pero esto esta limitado al accionar de los mecanismos. Existen dos términos importantes que definen la rapidez del mecanismo de protección: operación instantánea que es aquella que caracteriza a una protección que no tiene retraso voluntario y operación de tiempo definido que es la que integra cierta variable en el tiempo.

Selectividad. Si un sistema eléctrico consta de diversas protecciones en cada uno de los sectores de los que se trate, ésta protección debe accionarse de acuerdo a como fue diseñada y no responder a otras señales. Debe de accionar la protección más próxima a la falla. Entonces se puede decir que selectividad es la característica del sistema de protección que hace que en caso de falla opere la protección primaria. Si por alguna razón no funciona una protección primaria, debe operar la de respaldo, es decir la que sigue hacia el lado de la alimentación. La función de respaldo se entiende únicamente para los casos de fallas de cortocircuito, ya que la sobrecarga de una derivación puede ser suficiente como para que opere un respaldo. En caso de que opere la protección de respaldo, deben revisarse las causas y si es necesario modificar la capacidad de la protección primaria. Al conjunto de protecciones calibradas de forma que operen selectivamente se le conoce como sistema coordinado de protecciones.

Economía. De acuerdo al tipo de protección necesaria para el sistema, el tipo de cargas que alimenta y el tamaño de la instalación eléctrica será el costo de instalar el sistema de protección, para esto es necesario hacer un estudio técnico económico.

Los dispositivos mas utilizados en la protección de un sistema eléctrico son los siguientes:

Fusibles. Son elementos de protección que constan de un alambre o cinta de una aleación de plomo y estaño con un bajo punto de fusión, que se funde cuando se excede el límite para el cual fue diseñado, interrumpiendo el circuito. Los fusibles presentan las siguientes particularidades.

a. Son de una sola operación, ya después de haber interrumpido la falla debe reponerse el fusible completo o su elemento conductor.

b. Son de operación individual ya que sólo interrumpen la corriente en la fase donde sucedió el cortocircuito o la sobrecarga.

c. Son baratos comparados con otras protecciones.

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d. Tiene un tiempo de operación bastante corto, por lo que resulta difícil coordinarlos con otros dispositivos de protección.

e. Tiene una potencia de cortocircuito superior a otras protecciones. f. Son bastante seguros y difícilmente operan sin causa.

Interruptores termomagnéticos. Combinan por lo menos tres funciones básicas para abrir el circuito en forma automática cuando ocurre una sobrecarga o cortocircuito, accionado por una combinación de un elemento térmico y un elemento magnético, permiten realizar la función de conexión y desconexión.

Está conformado por una caja moldeada con terminales y una palanca para su accionamiento. En una cámara de extinción de arco están dos contactos (uno fijo y otro móvil). Un resorte comprimido por la operación de la palanca al cerrar lo contactos permite accionar el disparado cuando operan los dispositivos de protección, y así se separan los contactos.

Una barra bimetálica realiza la protección contra sobrecarga, dependiendo del valor que tenga la corriente así como del tiempo que se mantenga, provoca el disparo que abre los contactos. Una pieza ferromagnética actúa cuando la corriente se eleva a valores muy altos (cortocircuito), pues se crean fuerzas electromagnéticas de atracción capaces de provocar que los contactos se abran en un tiempo muy corto. Estos interruptores permiten realizar ciertas calibraciones para modificar los tiempos y valores de corriente a los que debe de actuar, en otros casos lo hacen los fabricantes.

La capacidad interruptiva o la potencia máxima de cortocircuito (corriente máxima por el voltaje de restablecimiento) que puede soportar un termomagnético está limitada por:

a) Separación de los contactos en posición abierta. b) Tiempo de apertura de los contactos hasta su separación máxima. Todo esto

depende de las masas en movimiento, la fricción y la energía que almacena el resorte comprimido.

c) Capacidad de la cámara de extinción para enfriar los gases del arco.

Si la capacidad de cortocircuito se especifica en amperes se entiende que el voltaje de restablecimiento es el voltaje nominal. Si la corriente de cortocircuito sobrepasa la capacidad interruptiva, las paredes de la cámara de extinción no son capaces de enfriar los gases ionizados y la corriente sigue fluyendo. Entonces la energía disipada por el arco por efecto Joule, debida a la resistencia del arco (Ri2t), aumenta súbitamente y en fracciones de segundo los gases aumentan de volumen produciendo una explosión.

En caso de que la corriente máxima sea menor que la corriente de cortocircuito, pero el voltaje de restablecimiento es mayor al voltaje de operación, el arco eléctrico se mantendrá con los contactos separados.

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Todo interruptor, debe tener un respaldo por si se presenta el caso de que el primer interruptor no actúa, debe actuar el que se encuadra respaldándolo, dicho interruptor debe calibrarse para actuar después que el primero así se evita que actúe antes. Esta calibración se hace para actuar segundos mas tarde operando y deteniendo el desarrollo de la energía en el arco del elemento que no pudo interrumpir.

En motores de jaula de ardilla se utilizan protecciones térmicas separadas del interruptor principal, estos sensores de sobrecarga actúan de acuerdo a la forma de operar del motor, pues en ellos existe una corriente de arranque que no debe ser detectada como falla (5 o 6 veces la corriente nominal).

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2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.1. Breve Historia del Club Deportivo

Las instalaciones del Club Deportivo Campestre Real Del Potosí se encuentran en una antigua hacienda que fue adquirida por la sociedad dueña del Fraccionamiento Real Del Potosí con la finalidad de vender los terrenos del fraccionamiento junto con acciones del club.

El club fue fundado el día 3 de Octubre de 1979 por los socios accionistas y formaron un consejo de administración con un presidente, un secretario, tesorero, vocales y el administrador.

Ante el crecimiento del número de socios se adquirieron más terrenos colindantes al club lo que permitió darle la característica de poseer una gran extensión de terreno, que lo diferencia de los demás clubes de la ciudad de San Luís Potosí.

2.2. Descripción de los Servicios que Ofrecen las Instalaciones

Actualmente el Club Deportivo Campestre Real Del Potosí ofrece diversos servicios a sus socios. Como se dijo, y la característica principal es su gran extensión de terreno, que es de 157,583.00 m2. Para empezar enlistaremos sus instalaciones:

Estacionamiento Salón de eventos Alberca exterior y chapoteadero Cafetería y salón de mesas de ping-pong y billar Alberca techada Baños y vapores Capilla y sacristía Palapas y áreas de comedores Salón de patinaje Cancha de fútbol soccer Cancha de fútbol infantil Cancha de futbolito 5 canchas de tenis con gradas Restaurante, palapa, tienda, baños y área de recreo y juegos infantiles 4 canchas de básquetbol 5 canchas de tenis 4 canchas de frontón y gradas 3 campos de softbol 1 estadio de softbol 4 canchas nuevas de frontón Edificio con canchas de squash Gimnasio de ballet o salón de espejos Área de arquería

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Pista para correr de 1 milla

Algunas instalaciones están en desuso como son la arquería y la cancha de frontón o se ocupan para otras actividades como el salón de espejos.

Para el funcionamiento y mantenimiento del club se cuentan con diversas áreas e instalaciones, por ejemplo, para el filtrado y calentamiento del agua de las albercas o generar vapor para los baños. Estas son las siguientes:

Bodega para el salón de eventos Oficinas y recepción Área de máquinas y calderas, que consta de:

• Calderas para los baños de vapor • Área de bombas de calor • Área de bombas y filtros para la alberca exterior • Área reacometida, subestación y tablero de medidores e interruptores • Pozo de aguas jabonosas • Pozo, tanque y pila revestida de azulejo, además posee acometida propia,

subestación y equipo de bombeo.

Los días de más actividad en el Club son los de fin de semana (viernes, sábado y Domingo), los 15 días de vacaciones de semana santa y en las vacaciones de verano.

2.3. Descripción del Sistema Eléctrico

El sistema eléctrico que provee energía eléctrica al club deportivo consta de dos acometidas. La primera y principal, con número de servicio 929 900 300 246, tarifa OM (Ordinaria para servicio general en media tensión, con demanda menor a 100kW). La acometida consta de 3 hilos, 3 fases, corriente conducida por cables de aluminio con alma de acero (ACSR) calibre 1/0 a 13.2 kV y 25 metros de línea a la subestación.

La subestación es tipo poste con transformador delta-estrella de 75 kVA, 13.2 - 220/127 volts. Además tiene dos medidores de CFE:

Medidor de kVARh, CFE E65D57 PD, CM KA26, CL 914G. Medidor de kWh y kW, CFE MED No. E93C93, CM KD2A, Cl 91EM

Los cuales recientemente fueron cambiados por un medidor CFE de kWh, kW y kVARh 9U41Y CM VL28 CL 06J3

Un interruptor de fusible de 7 A para 13.2 kV en la línea de CFE y otro de las mismas características en la parte primaria del transformador de la subestación, además de tener un apartarrayos de 12 kV. La parte secundaria de 220/127Volts esta protegida por un interruptor 3x350 Amperes.

16

De la subestación derivan todos los ramales que proporcionan energía a todas las instalaciones del club, tanto para alumbrado como fuerza. Estas se distribuyen en conductores de diversos calibres y tuberías de diversos diámetros de manera subterránea, también se encuentran diversos registros para derivar y distribuir la energía por todo el terreno. Existen 8 derivaciones para los diversos sectores del club, los cuales enumeraremos y nombraremos de la siguiente manera:

1. Derivación para oficinas y salón de eventos. Esta derivación alimenta al salón de eventos, la capilla y sacristía, oficinas y pasillos, restaurante-billar y a la alberca techada. Es alimentado por 4 cables número 4/0 AWG en tubería de 2 pulgadas (51 mm.) a una distancia aproximada de 160 metros donde de un registro se derivan tres tubos conduit. El primero alimenta a una capilla con 4 conductores número 8 AWG en tubería de 2 pulgadas a 25 metros de distancia, el segundo continúa con el cableado principal hasta llegar al tablero de oficinas a 30 metros de distancia y el tercero alimenta al tablero de salón de eventos con 4 conductores número 4 AWG en tubería de 2 pulgadas a una distancia de 25 metros. Del centro de carga de las oficinas se derivan 4 conductores número 4 AWG y tubería de 2 pulgadas a una distancia de 40 metros para alimentar al restaurante y billar, de ahí se derivan otros 4 conductores número 4 AWG en tubería de 1 ¼ de pulgada (38 mm.) para alimentar a la iluminación y contactos de la alberca techada.

2. Derivación para cuartos de vapor. Alimenta al edificio destinado para los baños de vapor, que además incluye un bar. Es alimentado por 4 conductores número 4 AWG en tubería conduit de 2 pulgadas a una distancia de 50 metros hasta llegar al centro de carga de los cuartos de vapor del área de mujeres (planta baja), donde derivan dos tuberías. La primera alimenta a tres centro de carga de la planta alta, el de el bar, el de vestidor y lóckers de mujeres y el de vestidor y lóckers de hombres, con 3 conductores número 4 en tubería de 1 pulgada (25mm.), la segunda derivación alimenta a los cuartos de vapor del área de hombres (planta baja) con 3 conductores número 8 AWG en tubería de 1 pulgada (25 mm.).

3. Derivación para frontón. Actualmente en desuso, esta destinada para la iluminación de dicha área. Se encontró solamente una caja de interruptor con fusibles de 30 amperes, alimentado por 2 conductores número 8 AWG en tubería de 1 pulgada (25 mm.) a una distancia de 35 metros.

4. Derivación para cuarto de calderas y agua caliente. Alimenta al generador de vapor y a una serie de bombas localizadas en ésta área, incluyendo almacenes de herramientas. Alimenta a un tablero principal con 3 conductores número 2 AWG y un conductor número 4 AWG en tubería de 2 pulgadas a una distancia de 15 metros.

5. Derivación para cuarto de bombas y filtros. Alimenta el área donde se encuentran las bombas para filtro de la alberca, además de cargas de alumbrado y fuerza. Se alimenta con 3 conductores número 2 AWG y un conductor número 4 AWG en tubería de 1 ½ pulgada (38 mm.) a una distancia de 7 metros.

6. Derivación para el pozo de aguas jabonosas. Destinada para alimentar únicamente a una bomba, se encontró que además se tomaron derivaciones para alimentar a una gran extensión del club la cual se describirá en la derivación número 7 llamada de neutro. Es alimentado por 3 cables número 8 AWG y uno número 6 AWG en tubería de 1 ½ pulgada a una distancia de 95 metros. Se encontró la

17

primera irregularidad de la instalación pues existen derivaciones para alimentar a un sector del club para el cual no es apropiado el conductor

7. Derivación de neutro. Esta derivación consta de un solo neutro y no posee más cables, pero se encontró que esta área debe distribuir energía a diversas áreas del club deportivo, pues dicho neutro se conecta al cable neutro de la derivación para el pozo de aguas jabonosas. Este conductor es del número 8 AWG con un tramo de 8 metros sin tubería hasta llegar aun registro donde es introducido a un conduit de 2 pulgadas. A 50 metros de distancia este conductor es unido al neutro de la derivación del pozo de aguas jabonosas y junto con otros dos conductores número 6 AWG alimentan a diversas áreas del club, que se encuentran alejadas de las albercas. A una distancia aproximada de 130 metros se alimenta al área de restaurante, palapas y juegos y otra derivación alimenta al área de squash y salón de espejos a una distancia 80 metros, ambas contiene tres conductores del número 8 AWG y tubería de 1 pulgada (25mm.)

8. Derivación gimnasio. Alimenta a un pequeño gimnasio. Esta derivación consta de 2 conductores número 8 AWG (1 fase, 2 hilos) en tubería de 1/2 pulgada a 10 metros de distancia.

Durante el desarrollo de este trabajo se agregó un circuito derivado que se le asignó el nombre de Bombas de Calor, que consta de cuatro bombas de 5 HP y dos bombas de 2 HP. Esto se detallará mas adelante.

2.4. Diagramas Unifilares y de Subestaciones

Uno de los primeros pasos para empezar el análisis de este sistema eléctrico es solicitar a los administradores del club deportivo verificar la existencia de diagramas unifilares, sin embargo se encontró que estos se encuentran extraviados. Tomando en cuenta que la compañía suministradora de energía (Comisión Federal de Electricidad) solicita un diagrama unifilar para poder contratar sus servicios.

Ésta situación motivo a que el primer paso para desarrollar este estudio fue el hacer un levantamiento de cargas y un diagrama unifilar de todo el club deportivo. Esto permitió reconocer toda la instalación, investigar las actividades que se realizan en cada sector enumerado, y los horarios en que se desarrollan las actividades. Al mismo tiempo se recabaron los datos para poder desarrollar el censo de las cargas. Al final del capitulo se muestran los diagramas unifilares.

El análisis empieza desde la subestación para poder determinar sus características (calibre de los conductores, número de fases, voltaje, tamaño de los ductos, tipo de protecciones, conexiones a tierra), después se verifican cada una de las derivaciones para encontrar a que área del club alimentan, generalmente se encontró que la parte final antes de llegar a las cargas son distribuidos por tableros de fuerza y alumbrado, donde se verifica el tipo de cargas que protegen y alimentan, así también se fue desarrollando el censo de cargas.

En la alimentación y distribución de los locales se verifico el calibre de los conductores (AWG), el tamaño de la tubería que los contiene (en pulgadas), y el número de hilos

18

contenidos. Se omitió la parte entre las cargas finales y el tablero, pues el calibre de estos conductores es generalmente del número 12 ó 14 AWG (solo en cargas importantes se indica el calibre) las irregularidades que se presentaron en estas cargas se indican mas adelante.

Se dibujo un diagrama unifilar general y de este se derivaron 5 diagramas unifilares pequeños donde se aprecian cada sector de manera particular. El desarrollo de este trabajo y sus resultados llevaron a proponer modificaciones que son indicadas en otros diagramas unifilares que se presentaran mas adelante.

El diagrama unifilar se realizo en programa VISIO de Microsoft, el cual permitió dibujar los diagramas e introducirlos en el editor de textos con el que se desarrolla este trabajo recepcional con gran facilidad. Se usa una simbología sencilla, presentando los símbolos de la subestación, de las protecciones, de las cargas y líneas de alimentación de manera que sean identificados como tales y no halla confusión, indicando sus características generales. Estos diagramas permitirían poder dibujarlos siguiendo las especificaciones de la compañía suministradora.

La simbología se presenta a continuación donde se explica el significado de cada símbolo presentado en los diagramas y su significado:

19

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H40 M

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H20 M

C 1 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8C 2 C 3

RESTAURANTBILLAR

20 202020 2020 20 20

C 1 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 C 16C 15 C 17 C 22C 21C 19C2

C 3 C 23 C 28C 26C 25

OFICINAS Y PASILLOS

4024 x 4024 x 4024 x1003 x 1003 x1004 x 4018 x

100 402 x

1005 x 1003 x 4x

2 x 75 W7 x

2 x 75 W5 x

2 x 75 W4 x

2 x

2 x

4 x 2 x 40 W2 x2 x

2 x 2 x

SALIDA ESPECIAL PARACONJUNTOS MUSICALES

3 x 100

3 x 40

1001 x

4 x

2 x 20 W3 x 2 x 75 W1 x 1 x 4 x 1003 x 601004 x 13 x2 x 75 W1 x 2 x 40 W1 x 1 x402 x

8 x

20 50 50 2x50

C 18 C 20C 27

2x20 20 20 20 20 20 20202020202050202020202020202020

C 1 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 C 16C 15 C 17 C 18C 2 C 3

SALÓN DE EVENTOS

20

2020202020202020202020202020 20

4032 x 4024 x 4032 x

1

4018 x

2 x 40 W4 x5 x

2 x 40 W4016 x 2x

4032 x

4024 x

5 x 2 x 40 W2 x602 x

4018 x

2020

C 1 C 4C 2 C 3

CAPILLA Y SACRISTIA

605x

1 x 75 W2x6x 2 x 40 W4016 x

5 x 602 x 2 x 40 W2 x

2 x

20 20 20 20

20

C 24

20 20 2x30

2 x 40 W3 x 2 x 10003 x

C 1 C 2 C 3

ALBERCATECHADA

4 – 8T – 1 ¼ "3 F 4 H10 M

4 – 8T – 1 ¼ "3 F 4 H40 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H40 M

4 – 1/0T – 2 ½ ”3 F 4 H15 M

4 – 1/0T – 2 ½ ”3 F 4 H15 M 4 – 4

T – 2 "3 F 4 H0.5 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H1 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H25 M

4 – 8T – 2 ¼ “3 F 4 H25 M

A5

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H100 M

3 – 21 – 4T – 2"3 F 4 H7 MTS

3x30

3x70

BOMBAS DE FILTROS E ILUMINACIÓN DE ALBERCA

SALIDAPARA

BOMBA

2x20 2x20 2x202x20 2x20 2x20

25

30 30

3x30

3 – 10T - 3/4"3 F 3 H5 M

2 x 3 x 2 x 40 W

3 – 2T – 1 ½“3 F 3 H3 M

3 – 81 – 6T – 1 ½”3 F 4 H65 M

3x60

1 – 8 NT - 2 “1 H8 M

3 – 81 – 10T – 1 ½”3 F 4 H24 M

2 – 81 – 6T - 1"2 F 3 H47 M

3 – 81 – 6T -1 ½”3 F 4 H30 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H34 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H22 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H26 M

3 – 8T – 1 “2 F 3 H17 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H30 M

2 – 12T – 1 “1 F 2H

3 – 8T – 1 " 2 F 3 H53 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H20 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H5 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H32 M

3 – 8T - 1´2 F 3 H90 M

2 – 8T – 1 "1 F 2 H26 M

2 – 10T – 1 "1 F 2 H25 M

2 – 10T – 1 "1 F 2 H29 M

3 F220 V

15

60

5

15 x

60

1 x 75 W16 x

1 x 75 W16 x

3 x12 x 1 x 75 W

6 x

3 – 81 – 10T – 1½”10 M

3x30

5

3 – 6T - 1"2 F 3 H5 M

1 – 8 NT - 2"1 H22 M

3 – 81 – 10T – 1 ½”3 F 4 H16 M

3 – 6T - 1"2 F 3 H10 M

1 – 8 NT - 2 “1 H10 M

1 – 8 NT - 2 “1 H9 M

3 – 101 – 8T – 2 “2F 3 H1 N7 M

3 – 10T - 1 “2 F 3 H4 M

2 – 81 – 6T - 1"2 F 3 H42 M

1 – 8 NT - 2 “1 H20 M

1 – 8 NT – 01 N8 M

3 – 10T - ¾”2F 3 H6 M

1 – 8 NT - 2 “1 H13 M

2 – 8T - 2"1 F 2 H5 M

3 – 83 F 3 H40 M

2 – 8T - 2"1 F 2 H17 M

2 – 8T - 2"1 F 2 H22 M

2 – 8T - 2"1 F 2 H52 M

2 – 10T - ¾”1F 2 H7 M

6 x

9 x 2 x 75 W

4 x 2 x 40 W

6 x 6012 x 2 x

2 x 2 x 75 W

5

1515

15151515

30

3030

1520 20

1520 20

15

CANCHASDE

FRONTÓN

2 X 30

2 – 8T – ¾”2 F 2 H

PALAPASY TIENDA BOMBA DE

AGUASJABONOSAS

RESTAURANTE

PALAPASY

JUEGOS

SQUASH SALÓNDE

ESPEJOS

ILUMINACIONEXTERIORSQUASH

ILUMINACIONEXTERIOR

TENIS-PASILLO

BOMBAPARARIEGO

15 15 15

CUARTOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA BAJA)

15 1515151515151515 151515

603 x 603 x 60 606 x3 x 603 x 605 x 60 603 x3 x 603 x 603 x

606 x 2 x 45 W1 x1 x

2 x 2 x 40 W3 x3 x 60

2 x 75 W6 x

2 x 401 x

15

1515151520 15

603 x 603 x 603 x 605 x 605 x

5 x 2 x 40 W2 x2 x 60

2 – 8T – 1 "2 F 3 H3 M

20 151530

3030

2 x 75 W9 x60

2 x 75 W9 x2 x 40 W2 x

6 x

606 x6 x 6012 x

606 x 4 x

3 – 4T – 1 "2 F 3 H6 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H50 M

CUARTOS DEVAPOR MUJERES(PLANTA ALTA)

CUARTOS DE VAPORHOMBRES (PLANTA BAJA)

CUARTOS DE VAPORHOMBRES (PLANTA

ALTA)

3 – 8T – 1 "2 F 3 H15 M

3 –8T – 1 "2 F 3 H15 M

BAR Y GUARNICIÓN

15

2 x 75 W12 x

3 – 21 – 4T - 2"3 F 4 H15 M

3x30

2x303x303x30

3X30

1 x 2 x 75 W3 x

1x30

3x100

2 1

5

3x30 (1)

11

3 – 81 – 12T – 1 ½”3 F 4 H1 M

3 – 101 – 12T – 1 "3 F 4 H10 M

3 – 101 – 12T – 1 "3 F 4 H10 M

2 – 10T – ½ ”1 F 2 H17.5 M

3 – 121 – 14T – 1 ”3 F 4 H3 M

3 – 121 – 14T – 1”3 F 4 H10 M

2 – 10T – 1 ”1 F 2 H5 M

4 – 12T – ¾ "3 F 4 H10 M

(1)

2 x 40 W1 x

1x30

3 x

2 x 604 x

5

4 – 12T – ¾ "3 F 4 H10 M

TABLERO PRINCIPAL DECUARTO DE CALDERAS

BOMBASCISTERNA

AREA DETRABAJO

ALMACEN

CALDERADE

VAPOR

DIAGRAMA UNIFILAR DELCLUB DEPORTIVO REAL DEL

POTOSÍ

14.4 kV7 A

M

14.4 kV7 A

13.2 kVCFE ACSR No. 2/0

ACSR 1/025 M

12 kV

3 x 350

2 - 7.2001 - kWh1 - kVAr

NC E93C93N E65D57

13.2 kV220/127 V3 F75 kVA

3 – 4/01 – 1/0T – 2 “

3 – 4/01 – 1/0T – 2 "

C 1 C 4 C 5 C 6C 2 C 3C 1 C 4C 2 C 3

C 1 C 4C 2 C 3

C 1 C 2

C 1 C 4 C 5 C 6C 2 C 3 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13

C 1 C 4 C 5 C 6C 2 C 3

C 1 C 4C 2 C 3

C 1 C 2

C 1 C 2C 1 C 2

A4

A3

A2

A1

C1

C2

C3

C4B1 D1

C5

C6

C7

C8 C9C10 C11 C12 C13 C14

C15C16

C17

C18

C19

C20

C21C22

C23

15151515

3 – 8T – 1 ½”2 F 3 H20 M

GIMNASIO

2 x 2 x

2 x 75 W 2 x 75 W2 x 2 x

C 1 C 4C 2 C 3

VMFalcon

Text Box

21

VMFalcon

Text Box

23

DIAGRAMA UNIFILAR -CUARTOS DE VAPOR Y BAR

15 15 15


15 1515151515151515 151515

603 x 603 x 60 606 x3 x 603 x 605 x 60 603 x3 x 603 x 603 x

606 x 2 x 45 W1 x1 x

2 x 2 x 40 W3 x3 x 60

2 x 75 W6 x

2 x 401 x

15

1515151520 15

603 x 603 x 603 x 605 x 605 x

5 x 2 x 40 W2 x2 x 60

2 – 8T – 1 "2 F 3 H3 M

20 151530

3030

2 x 75 W9 x60

2 x 75 W9 x2 x 40 W2 x

6 x

606 x6 x 6012 x

606 x 4 x

3 – 4T – 1 "3 F 4 H6 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H50 M

CUARTOS DE VAPOR MUJERES

(PLANTA ALTA)

CUARTOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA BAJA)

CUARTOS DE VAPOR HOMBRES

(PLANTA ALTA)

3 – 8T – 1 "3 F 4 H15 M

3 –8T – 1 "3 F 4 H15 M

BAR Y GUARNICIÓN

15

2 x 75 W12 x

VMFalcon

Text Box

24

VMFalcon

Text Box

25

VMFalcon

Text Box

26

VMFalcon

Text Box

27

2.5. Censo de Cargas

El censo de cargas permite saber el tipo de elementos conectados en cada área, los kilowatts (kW) totales conectados al sistema por sector y en cada tablero, y así poder determinar si la instalación es apropiada o debe de ser modificada (calibre de conductores, tamaño de tubería, protecciones, balance de cargas)

El censo se realizó identificando los centros de carga de cada local, de ahí se verificó el tipo y número de cargas que alimenta cada circuito, para posteriormente se llenar las tablas que indican número de circuito u otro nombre para identificarlo, se incluye el amperaje de la protección (fusible con interruptor o interruptor termomagnético).

La tabla indica con un símbolo el tipo de carga (la misma que en los diagramas unifilares) y su potencia nominal en watts (en el caso de las lámparas fluorescentes a la potencia nominal se le incrementa un 25 % para considerar los aparatos auxiliares). Los tableros están distribuidos por fases, por lo que los dos primeros circuitos son alimentados por la primera fase, los dos seguidos por la segunda y los que siguen por la tercera, para volver a empezar en la primera, esto permitió conocer el porcentaje de desbalance en los circuitos.

En el caso de los motores se indica su potencia nominal en Caballos de Fuerza (HP por sus siglas en inglés), la corriente nominal a plena carga, la clave para calcular su corriente de arranque, o su corriente en prueba de motor bloqueado. En los motores de pequeña potencia conectados en tableros de alumbrado solo se indica su potencia en watts.

Tanto en tableros de fuerza como de alumbrado se suman las potencias totales que es la que esta instalada en cada local. Las potencias también son separadas por fase en los casos de tableros alimentados por tres o dos fases, lo que permite calcular el porcentaje de desbalance en ellos. El porcentaje desbalance se calcula con la siguiente formula:

100% x

nP

PPdesbalance

T

mM −=

Donde:

PM=Potencia mayor en las potencias de fase Pm=Potencia menor en las potencias de fase PT=Potencia total del centro de carga n=número de fases que alimentan al centro de carga

El porcentaje de desbalance debe de ser menor al 5 %.

28

CENSO DE CARGAS EN ÁREA DE OFICINAS Y SALÓN DE EVENTOS OFICINAS

ELEMENTO POTENCIAS POR FASE

INTERRUPTOR (AMPERES)

POTENCIA (WATTS) 185 95 50 300 100 40 80 180

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO (WATTS)

FASE

A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 0 0 0.00

20 CIRCUITO No. 2 1 100 Fase A

100 0.79

20 CIRCUITO No. 3 24 960 960 7.568

20 CIRCUITO No. 4 4 400 Fase B

400 3.15

20 CIRCUITO No. 5 18 720 720 5.67

20 CIRCUITO No. 6 4 2 480 Fase C

480 3.78

20 CIRCUITO No. 7 24 960 960 7.56 20 CIRCUITO No. 8 3 300

Fase A 300 2.36

20 CIRCUITO No. 9 24 960 960 7.56 50 CIRCUITO No. 10 1 3 3 1 4 1,435

Fase B 1,435 11.30

20 CIRCUITO No. 11 0 0 0.00 50 CIRCUITO No. 12 8 1,440

Fase C 1,440 11.34

20 CIRCUITO No. 13 0 0 0.00 20 CIRCUITO No. 14 0

Fase A 0 0.00

20 CIRCUITO No. 15 5 500 500 3.94 20 CIRCUITO No. 16 0

Fase B 0 0.00


Fase C 0 0.00


Fase A 0 0

50 CIRCUITO No. 21 1 1 4 2 1 13 3,180 3,180 25.04 20 CIRCUITO No. 22 0

Fase B 0 0.00

20 CIRCUITO No. 23 0 0 0.00

20 CIRCUITO No. 24 0 Fase C

0 0.00

2 X 20 CIRCUITO No. 25 Y 27 4 1,200 Fase A y B 600 600 5.45

20 CIRCUITO No. 26 0 Fase A 0 0.00

20 CIRCUITO No. 28 0 Fase B 0 0.00

TOTALES 370 95 150 1,200 3,000 3,760 160 4,500 13,235 TOTALES 2,260 8,035 2,940

DESBALANCE 130.9%

VMFalcon

Text Box

29

SALÓN DE EVENTOS

ELEMENTO

POTENCIAS POR FASE INTERRUPTOR

(AMPERES)

POTENCIA (WATTS) 95 60 40 293 180

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO (WATTS)

FASE

A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 32 1,280 1,280 10.08

20 CIRCUITO No. 2 0 Fase A

0 0.00

20 CIRCUITO No. 3 24 960 960 7.56


720 5.67

20 CIRCUITO No. 5 32 1,280 1,280 10.08

20 CIRCUITO No. 6 1 293 Fase C

293 2.10

20 CIRCUITO No. 7 0 0 0.00


0 0.00

20 CIRCUITO No. 9 18 720 720 5.67

20 CIRCUITO No. 10 0 Fase B

0 0.00

20 CIRCUITO No. 11 2 16 830 830 6.54


0 0.00

20 CIRCUITO No. 13 4 5 1,280 1,280 10.08


0 0.00

20 CIRCUITO No. 15 32 1,280 1,280 10.08


960 7.56

20 CIRCUITO No. 17 1 2 5 1,115 1,115 8.78


0 0.00

3 X 100 TOTALES 665 120 7,840 293 1,800 10,718 2,560 4,640 3,518

DESBALANCE 58.22%

VMFalcon

Text Box

30

RESTAURANT Y BILLAR

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 185 95 60 180 80


A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 7 1,295 1,295 10.20

20 CIRCUITO No. 2 5 925 925 7.28

20 CIRCUITO No. 3 4 740 740 5.83

20 CIRCUITO No. 4 2 360 360 2.83

20 CIRCUITO No. 5 2 360 360 2.83

20 CIRCUITO No. 6 2 2 4 1,030 1,030 8.11

20 CIRCUITO No. 7 2 160 160 1.26

20 CIRCUITO No. 8 2 160 160 1.26

TOTALES 2,960 190 120 1,440 320 5,030 2,540 1,100 1,390

DESBALANCE 85.9%

ALBERCA TECHADA

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 95 180 1000


A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 3 285 285 2.24

20 CIRCUITO No. 2 5 900 900 7.09

20 CIRCUITO No. 4

20 CIRCUITO No. 5

20 CIRCUITO No. 6

20 CIRCUITO No. 6

20 CIRCUITO No. 7

20 CIRCUITO No. 8

2 X 20 CIRCUITO 3 3,000 1500 1500 13.64

TOTALES 285 900 3,000 4,185 1185 1,500 1500

DESBALANCE 22.6%

VMFalcon

Text Box

31

CAPILLA

ELEMENTO POTENCIAS POR FASE AMP


POTENCIA (WATTS) 185 95 60 180

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO (WATTS) A B

20 CIRCUITO No. 1 2 6 1,450 1,450 11.42

20 CIRCUITO No. 2 5 300 300 2.36

20 CIRCUITO No. 3 2 16 1,150 1,150 9.06

20 CIRCUITO No. 4 2 2 5 1,210 1,210 9.53 TOTALES 370 380 1,380 1,980 4,110 1,750 2,360

DESBALANCE 29.7%

CENSO DE CARGA EN EL EDIFICO DE CUARTOS DE VAPOR CUARTOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA BAJA)

ELEMENTO


(AMPERES)

POTENCIA (WATTS) 95 60 180

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO

FASE

A B C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 3 180 180 1.42


180 1.42

15 CIRCUITO No. 3 3 180 180 1.42


360 2.83

15 CIRCUITO No. 5 0 0 0.00

15 CIRCUITO No. 6 1 6 1 635 Fase C

635 5.00

15 CIRCUITO No. 7 3 180 180 1.42


300 2.36

15 CIRCUITO No. 9 3 180 180 1.42


180 1.42

15 CIRCUITO No. 11 3 180 180 1.42


180 1.42

15 CIRCUITO No. 13 1 95 Fase A 95 0.75

TOTALES 190 2,460 180 2,830 935 900 995 DESBALANCE 10.07%

VMFalcon

Text Box

32

BAÑOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA ALTA)

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 185 95 60 180

POTENCIA TOTAL


FASE

B C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 12 2,220 2,220 17.48

15 CIRCUITO No. 2 6 1,110 Fase A

1,110 8.74

15 CIRCUITO No. 3 3 3 2 825 825 6.50

CIRCUITO No. 4 Fase B

0.00

TOTALES 3,330 285 180 360 4,155 3,330 825 DESBALANCE 120.58%

GUARNICION-BAR

ELEMENTO

POTENCIAS POR FASE INTERRUPTOR (AMPERES)

POTENCIA (WATTS) 60 180

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO

FASE

B C AMP

20 CIRCUITO No. 1 6 1,080 1,080 8.50


720 5.67

15 CIRCUITO No. 3 6 4 1,080 1,080 8.50

15 CIRCUITO No. 4 0 Fase B

0 0.00

TOTALES 1080 1800 2,880 1,800 1,080

DESBALANCE 50.00%

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA ALTA)

ELEMENTO



POTENCIA TOTAL


FASE

B C

AMP

30 CIRCUITO No. 1 9 2 1,855 Fase A 1,855 14.61

30 CIRCUITO No. 2 9 6 1,215 Fase B 1,215 9.57

TOTALES 1,665 1,045 360 3,070 1,855 1,215

DESBALANCE 41.69%

VMFalcon

Text Box

33

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA BAJA)

ELEMENTO




FASE

B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 2 2 5 1,210 1,210 9.53


180 1.42

15 CIRCUITO No. 3 3 180 180 1.42


180 1.42

15 CIRCUITO No. 5 5 300 300 2.36


300 2.36

TOTALES 190 1,260 900 2,350 1,570 780

DESBALANCE 67.23%

DERIVACIÓN PARA CALDERAS Y AGUA CALIENTE

CARGAS PARA GENERACION DE VAPOR Y OTRAS AREAS

ELEMENTO MOTORES


(AMPERES) IDENTIFICACIÓN FASE HILOS HP CORRIENTE

NOMINAL CORRIENTE ARRANQUE 185 95 180 60

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO A B C

AMP

3 x 30 INTERRUPTOR PRINCIPAL 3 1 735 735 5.79

3 3 2 6.8 39 1844 615 615 615 6.80 3 x 30 CIRCUITO

3 3 1 3.6 21 953 318 318 318 3.60

1 2 1 3.6 21 993 993 3.60 1 x 30 CIRCUITO

1 2 1 3.6 21 993 993 3.60

3 x 30 4 2 935 935 7.36

1 x 30 1 3 635 635 5.00

TOTALES 555 95 1,440 120 7,088 1867 1667 3553

DESBALANCE 79.83%

VMFalcon

Text Box

34

BOMBAS DE AGUA PARA CUARTOS DE VAPOR

ELEMENTO MOTORES INTERRUPTOR

(AMPERES) IDENTIFICACIÓN FASES HILOS HP CORRIENTE

NOMINAL CORRIENTE ARRANQUE

ARRANCADOR NEMA


3 x 100 FUSIBLE PRINCIPAL 3 4

3 x 30 CIRCUITO 3 3 5 13.8 181.8 1 - PC 4,490

3 x 30 CIRCUITO 3 3 5 13.8 181.8 1 - PC 4,490

TOTALES 8,980

CUARTO DE BOMBEO Y FILTROS BOMBA FILTRADO DE ALBERCA


(AMPERES) IDENTIFICACIÓN FASES HILOS HP CORRIENTE NOMINAL

CORRIENTE ARRANQUE

ARRANCADOR NEMA


3 x 70 BOMBA FILTROS 3 3 25 64 568 1-PC 21,188

TABLERO ILUMNACIÓN DE ALBERCA

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS)

210


(WATTS) FASE

A-B B-C C-A

AMP

20 CIRCUITO No. 1 1 210.0 210 0.95

20 CIRCUITO No. 2 1 210.0 Fase A-B

210 0.95

20 CIRCUITO No. 3 1 210.0 210 0.95

20 CIRCUITO No. 4 1 210.0 Fase B-C

210 0.95

20 CIRCUITO No. 5 1 210.0 210 0.95

20 CIRCUITO No. 6 1 210.0 Fase C-A

210 0.95

TOTALES 1260 1,260.0 420 420 420

DESBALANCE 0.00%

VMFalcon

Text Box

35

OTRAS CARGAS

ELEMENTO MOTORES



NOMINAL

CORRIENTE DE

ARRANQUE 95 180

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO (WATTS) A B C

AMP

3 x 30 0

3 x 30 BOMBA

VACIADO DE ALBERCA

3 3 5 13.8 113 4,490 1,497 1,497 1,497 13.80

3 x 30 3 3 825 825 6.50

3 x 30

TOTALES 285 540 5,315 1,497 1,497 2,322

DESBALANCE 46.57%

CENSO DE CARGA EN LOCALIDADES DE SQUASH Y RESTAURANTE BOMBA DE AGUAS JABONOSAS



CORRIENTE ARRANQUE

ARRANCADOR NEMA


(WATTS)

3 x 70 BOMBA AGUAS 3 3 5 15.2 90 1-PC 4,490

BOMBA PARA RIEGO



CORRIENTE ARRANQUE

ARRANCADOR NEMA


(WATTS)

3 x 70 BOMBA RIEGO 3 3 5 13 102.27 NO 4,490

PALAPAS Y TIENDA

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 95 180

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO B

AMP

30 CIRCUITO No 1 4 380 380 2.99

30 CIRCUITO No 2 5 900 900 7.09

30 380 900 1,280 1,280

VMFalcon

Text Box

36

LÁMPARAS PASILLO

ELEMENTO

POTENCIAS POR FASE


POTENCIA (WATTS) 210


B

AMP

15 CIRCUITO No. 1 1 210 210 1.65

15 CIRCUITO No. 2 1 210 210 1.65

TOTALES 420 420 420

SQUASH

ELEMENTO




FASE

B C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 15 2,700 2,700 21.26

15 CIRCUITO No. 2 16 2,960 Fase A

2,960 23.31

15 CIRCUITO No. 3 16 2,960 2,960 23.31

15 CIRCUITO No. 4 3 12 1,275 Fase B

1,275 10.04

TOTALES 6,475 2,700 720 9,895 5,660 4,235

DESBALANCE 28.80%

LÁMPARA EXTERIOR SQUASH

INTERRUPTOR (AMPERES) ELEMENTO

POTENCIAS POR FASE

POTENCIA (WATTS) 210


C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 1 210 210 1.65

TOTALES 210 210 210

VMFalcon

Text Box

37

SALÓN DE ESPEJOS

ELEMENTO


POTENCIA (WATTS) 185 180


B C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 6 1,080 1,080 8.50

15 CIRCUITO No. 2 9 1,665 1,665 13.11

DESBALANCE=42.6% TOTALES 1,625 1,080 2,745 1,080 1,665

PALAPA Y JUEGOS

ELEMENTO POTENCIAS

POR FASE INTERRUPTOR (AMPERES) POTENCIA

(WATTS) 185 180

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO B

AMP

20 CIRCUITO No. 1 2 370 370 2.91

20 CIRCUITO No. 2 2 360 360 2.83

TOTALES 370 360 730 730

RESTAURANT

ELEMENTO



POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 6 1,080 1,080 8.50

15 CIRCUITO No. 2 12 720 720 5.67

TOTALES 720 1,080 1,800 1,800

GIMNASIO ELEMENTO




A B

AMP

15 CIRCUITO No. 1 4 720 720 5.67

15 CIRCUITO No. 2 2 370 370 2.91

15 CIRCUITO No. 3 4 720 720 5.67

15 CIRCUITO No. 4 2 370 370 2.91

DESBALANCE=0% TOTALES 740 1440 2180 1,090 1,090

VMFalcon

Text Box

38

3. ANÁLISIS DEL SISTEMA

3.1. Mediciones y Características de las Cargas por Local

En algunos locales fue necesario realizar mediciones, principalmente a motores, para medir niveles de voltaje, corriente, potencias y factor de potencia. En los motores se recabaron los datos de placas, así como también en el del transformador de la subestación, en otros casi fue necesario recurrir a tablas y manuales para determinar las características principales de algunos motores.

Mediciones y Datos del Transformador de la Subestación.

Se verifico la placa de datos 3-1 del transformador de la subestación de 75 kVA:

IEM WESTINGHOUSE SERIE 371252 O.T. 216-12 4-20 75kVA a 65°C 60 Hz Alta Tensión. 13200 Baja Tensión. 220 Litros de Aceite 154 Peso Total 455 Kg. Impedancia. A 85° c 2.9% Nivel Básico Impulso 95 KV AT 30 KV

Placa de datos 3-1 A: Transformador de la subestación

También se encontró la placa las posiciones de los taps, los cuales permiten realizar ajustes al transformador si el voltaje que llega a la parte primaria esta arriba o abajo del nominal.

CADA FASE VOLTAJE

POSICIÓN CONEXIÓN 13,860 1 4 CON 5 13,530 2 3 CON 5 13,200 3 3 CON 6 12,870 4 2 CON 6 12,540 5 2 CON 7

Placa de Datos 3-1 B: Posiciones de los taps y voltajes primarios.

Se realizaron medidas de voltaje en las terminales que conectan al interruptor termomagnético principal del sistema que se enlistan en la tabla 3-1

VAB=213.8 VBC=208.6 VCA=211.7

Tabla 3-1: Voltaje medido en terminales

39

Mediciones y Datos del Cuarto de Calderas y Agua Caliente.

Se tiene instaladas 2 bombas para llenar un depósito de agua que se encuentra en las instalaciones de cuartos de vapor, además de tener cuatro bombas que sirven para el generador de vapor, dos bombas de 1 hp, alimentan de agua al generador de vapor, otra de 2 hp circula el agua en la caldera de vapor y otra mas de 1 hp circula el combustible. Además se tiene un controlador que maneja los sensores y relevadores para encender y apagar las bombas; además tiene conectados 2.3 kW de iluminación y contactos.

Las bombas de agua para el depósito tienen las mismas características, por lo que placa de datos 3-2 son iguales:

3 Fases 5 HP 3600 rpm 60 hz 220 volts 13.8 amperes Clave K Diseño B

Placa de datos 3-2: Bombas de depósito de agua

Dichas bombas son accionadas por dos contactores que se controlan por un sensor de nivel. Ambos contactores son tamaño NEMA 1, y poseen un elemento térmico. Los datos del generador de vapor son los siguientes:

MODELO AFL-2 CAPACIDAD 30 HP

SERIE 91030P-00-WL-03 AÑO DE CONSTRUCCIÓN 1991

PRESIÓN DE DISEÑO 10.5 kg/cm2 PRESIÓN DE TRABAJO 7.0 kg/cm2

CAPACIDAD EVAPORATIVA 469.5 kg/Hr. SUPERFICIE DE CALEFACCIÓN 13.9 m2

COMBUSTIBLE DIESEL

CARGA ELÉCTRICA 2.5 kW VOLTAJE 220 V CONTROLES 120V-60 Hz

PRECALENTADOR ELÉCTRICO NO MOTOR VENTILADOR 1HP MOTOR BOMBA 2 HP

Placa de datos 3-3: Caldera automática tipo paquete

En el generador de vapor se identificaron cuatro motores. Una bomba de 1 HP en cuya placa de datos 3-4 se encontraron los siguientes datos:

3 Fases 0.85 kW 60 hz 220 volts FP 0.81 3420 rpm

Placa de datos 3-4: Bomba de 1 HP del generador de vapor.

Los datos de esta bomba se completan con datos proporcionados en las tablas del Manual del Electricista de Conductores Monterrey, el cual indica que su corriente a plena carga es 3.60 amperes y su corriente de arranque es de 21.00 amperes.

Para los demás placas de datos que requieran ser completadas, se obtendrán los datos de la tabla 3-2 que se presenta a continuación. Para obtener la corriente de arranque se utilizará la tabla 3-3 de corriente en amperes para motores con rotor bloqueado.

40

Tabla 3-2 :Motores de CA trifásicos, corriente a plena carga

MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA Y ROTOR DEVANDO HP

115V 230V

1/2. 4 2

3/4. 5.6 2.8

1 10.4 3.6

1 1/2. 13.6 5.2

2 ---- 6.8

3 ---- 9.6

5 ---- 15.2

7 ½ ---- 22

10 ---- 28

15 ---- 42

20 ---- 54

25 ---- 68

Tabla 3-3: Corriente en amperes para motores con rotor bloqueado. MONOFÁSICOS DOS O TRES FASES

HP MAXIMOS 115V 230V 115V 200V 230V

1/2. 58.8 29.4 24 14 12

3/4. 82.8 41.4 33.6 19 16.8

1 96 48 42 24 21

1 1/2. 120 60 60 34 30

2 144 72 78 45 39

3 204 102 ---- 62 54

5 336 168 ---- 103 90

7 ½ 480 240 ---- 152 132

10 600 300 ---- 186 162

15 ---- ---- ---- 276 240

20 ---- ---- ---- 356 312

25 ---- ---- ---- 442 384

La siguiente bomba indica en su placa de datos lo siguiente

3 fases 220 volts 6.5 amperes 1720 rpm

Placa de datos 3-5: Bomba de 2 HP

La tabla 3-2 y la tabla 3-3 indican que en una bomba de 2 HP la corriente es de 2.8 amperes a 230 volts, con una corriente de arranque de 39 amperes a 230 volts.

Dos bombas identificadas como de 1 HP no presenta placa de datos, son alimentadas con 127 volts (monofásicas) controladas por un interruptor de presión. El manual indica que para estos motores la corrientes a plena carga es de 7.2 amperes a 115 volts y la corriente para rotor bloqueado es de 96 amperes a 115 volts.

41

Mediciones y Datos en el Cuarto de Bombas y Filtros.

Se verifico la placa de datos 3-6 y se hicieron mediciones a la bomba de los filtros (Tabla 3-4).

3 Fases 25 HP 1800 rpm 60 hz 220 volts 64 amperes Clave F Diseño B Placa de datos 3-6: Bomba de filtros

VAB = 217.00 IAB = 46.10 PA = 46.10 kW

VBC = 214.00 IBC = 47.30 PB = 47.30 kW

VCA = 209.00 ICA = 37.40 PC = 37.40 kW

VPromedio = 213.33 IPromedio = 43.60 PPromedio = 43.60 kW

SA = 17.3 kVA FPA = 0.79 RA = 10.6 kVAR

SB = 17.5 kVA FPB = 0.89 RB = 7.89 kVAR

SC = 13.5 kVA FPC = 0.84 RC = 7.03 kVAR

SPromedio = 16.10 kVA FPPromedio = 0.84 RPromedio = 8.51 kVAR

Tabla 3-4: Mediciones en la bomba de los filtros

Se encontró una bomba que es utilizada para vaciar la alberca exterior en épocas de frío cuando no se utiliza la alberca exterior, se muestran en la placa de datos 3-7.

3 Fases 5 HP 1608 rpm 60 hz 220 volts 13. amperes Clave F Diseño B

Placa de datos 3-7: Bomba para vaciado de la alberca.

Mediciones y Datos en el Pozo de Aguas Jabonosas.

Esta derivación aunque está conectada con la línea que alimenta a varias áreas del club se considerará aparte, excepto lo que se indique. La bomba del pozo de aguas jabonosas de 5 HP se encuentra sumergida, por lo que no se pudo registrar los datos de placa, se realizaron mediciones que se enlista en la tabla 3-5, y de las tablas 3-2 y 3-3 se obtuvieron los datos faltantes.

Mediciones en Vacío Mediciones con Carga VAB= 210.00 VAB= 206.50 IAB= 12.8 FP= 0.84 VBC= 217.00 VBC= 213.00 IBC= 18.6 P= 4.90 kW VCA= 214.00 VCA= 209.00 ICA= 16.8 S= 5.83 kVA VPromedio= 213.67 VPromedio= 209.50 IPromedio= 16.07 R= 3.16 kVAR

Tabla 3-5: Mediciones en la bomba del pozo de aguas jabonosas

La corriente nominal de un motor trifásico de 5 HP a 230 volts es de 15,2 amperes y la corriente de arranque con motor bloqueado es de 90 amperes a 230 volts. Una bomba para riego también está conectada a la alimentación de la bomba de aguas jabonosas, sus características se muestran en la placa de datos 3-8.

42

3 Fases 5 HP 1605 rpm 60 hz 220 volts 13 amperes Clave E Diseño B

Placa de datos 3-8: Bomba para riego.

Derivación para Sistema de Bombas de Calor

A finales del año 2005 se instaló un sistema de bombas de calor, que permite mantener la temperatura de las aguas de la alberca techada a una temperatura adecuada para los socios. Este vino a sustituir a un sistema de calentamiento de agua que utilizaba diesel para calentar el agua aparte de filtrarla.

Principio de las bombas de calor. Lo refrigeradores y las bombas de Calor operan en el mismo ciclo, aunque difieren en objetivos. El del refrigerador es mantener el espacio refrigerado a baja temperatura quitándole calor. La descarga de este calor a un medio de mayor temperatura es tan sólo un parte de la operación, no el propósito. El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura, lo cual consigue al absorber el calor de una fuente de baja temperatura, como el agua de un pozo o el frío exterior del invierno, y suministrándolo a un medio de alta temperatura como una casa. La bomba de calor, de marca Heat Siphon, esta diseñada para elevar la temperatura del agua a 80 º F o 27º C de las albercas. La figura 3-1 muestra el diagrama que describe la forma en que trabaja la bomba de calor:

Figura 3- 1: Diagrama de la bomba de calor.

El compresor de 5 HP (1) comprime gas freón hasta convertirlo en liquido de temperatura superior a 200 ºF (93ºC), dicho liquido es llevado a un condensador de tubos de titanio puro (2), alrededor de los tubos circula el agua fría que es calentada por el intercambio de calor

43

entre los tubos y el agua, que es calentada alrededor de 80 º F (27º C). Después de pasar por el condensador el líquido es llevado a una Válvula de Expansión donde la baja presión del líquido y después dicho líquido se precipita a un evaporador (4) que termina por convertir el líquido en vapor. De ahí se repite el ciclo.

Características Eléctricas de la Bomba de Calor. Las bombas de calor instaladas en el Club Deportivo Real Del Potosí, modelo 5HP3, operan a 220 volts trifásicos, en su interior opera un compresor de 5 HP y un ventilador de 1 HP monofásico de 220 volts. En su interior el compresor es operado por un contactor controlado por un sistema de 24 V que tiene conectado un termostato, un interruptor de flujo un interruptor de baja presión, un retardador de tiempo y un interruptor de alta presión. El termostato se abre cuando la temperatura del ambiente baja a 42ºF (5.5ºC) y se restaura cuando la temperatura sube a 48 ºF (8.9ºC), el medidor de flujo se abre cuando dejan el agua deja de fluir en un rango de 25 a 30 galones por minuto GPM o 94 a 113.5 Litros por minuto (L/m). Los sensores de alta y baja presión sensan cambios de la presión de agua, pues la bomba de calor esta diseñada para presiones de 17 PSIG (1.1721 Bars). El retardador de tiempo espera 10 minutos en encender las bombas de calor después de restablecido el sistema después de una interrupción por algún cambio sensado por sus interruptores.

La figura 3-2 muestra el diagrama proporcionado por el fabricante y muestra las conexiones internas.

Figura 3- 2: Diagrama de conexiones internas de las bombas de calor

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El manual de las bombas de calor recomienda que el interruptor termomagnético que protege a cada una no deba exceder los 30 Amperes, El calibre recomendado para alimentar a las bombas recomendado es del No. 8 AWG, siempre y cuando no exceda los 15 metros.

Mediciones. Se realizaron mediciones al sistema para obtener los valores de Potencia Aparente, Potencia Real, Potencia Reactiva, factor de potencia, corrientes y voltajes trifásicos con el medidor TRMS Power Meter (modelo 3910) de AEMC Instruments. Los valores se presentan en la Tabla 3-6.

Tabla 3-6: Mediciones en el sistema de bombas de calor. BOMBA DE AGUA No. 1

V I kW kVA kVAR FP

AB 214.00 A 8.84 1.88 1.90 0.29 0.99

BOMBA DE CALOR 1-A

V I kW kVA kVAR FP

AB 215.00 A 17.20 6.05 6.41 2.00 0.94

BC 219.00 B 10.90 3.77 3.94 1.19 0.95

CA 215.00 C 14.90 4.30 5.53 3.44 0.78

PROMEDIOS 216.33 14.33 4.71 5.29 2.21 0.89

BOMBA DE CALOR 1-B

V I kW kVA kVAR FP

AB 209.00 A 10.80 3.70 3.94 1.29 0.94

BC 215.00 B 14.90 4.25 5.58 3.54 0.77

CA 212.00 C 17.30 5.99 6.37 2.24 0.94

PROMEDIOS 212.00 14.33 4.65 5.30 2.36 0.88

BOMBA DE AGUA No. 2

V I kW kVA kVAR FP

AB 217.00 A 9.10 1.93 1.96 0.29 0.99

BOMBA DE CALOR 2-A

V I kW kVA kVAR FP

AB 208.00 A 13.10 4.38 4.75 1.74 0.93

BC 217.00 B 14.50 4.58 5.44 2.92 0.84

CA 213.00 C 16.10 5.36 5.96 2.44 0.91

PROMEDIOS 212.67 14.57 4.77 5.38 2.37 0.89

BOMBA DE CALOR 2-B

V I kW kVA kVAR FP

AB 209.00 A 11.60 3.71 4.20 1.94 0.89

BC 217.00 B 15.50 4.97 5.83 2.98 0.86

CA 216.00 C 15.00 5.33 5.60 1.70 0.95

PROMEDIOS 214.00 14.03 4.67 5.21 2.21 0.90

MEDICIONES TOTALES DEL SISTEMA DE BOMBAS DE CALOR (8-JUN-2006)

V I kW kVA kVAR FP

AB 207.00 A 56.40 18.70 20.40 8.00 0.79

BC 215.00 B 67.90 19.00 25.20 16.80 0.89

CA 213.00 C 79.20 26.00 29.20 13.50 0.84

PROMEDIOS 211.67 67.83 21.23 24.93 12.77 0.84

Placa de datos 3-9 muestra los datos de las bombas de agua.

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2 HP 2 Fases 230 V 11.2 A 3450 rpm Temp Amb: 50°C Diseño B Clave F

Placa de datos 3-9: Bombas de agua para el sistema de bombas de calor

Un censo de cargas (Tabla 3-7) permite presentar la siguiente placa donde se muestra las características generales de la instalación, de manera como se presentaron en el capitulo tres:

Tabla 3-7; Censo de cargas en el sistema de bombas de calor.

ELEMENTO BOMBA

5 HP BOMBA

2 HP VENTILADOR

1 HP POTENCIAS POR FASE


POTENCIA (WATTS) 3,728 1,491 746

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO A-B B-C C-A

2 x 20 BOMBA 1 1 1,491 1,491

3 x 30 BOMBA CALOR 1-A 1 1 4,474 1,243 1,243 1,988

3 x 30 BOMBA CALOR 1-B 1 1 4,474 1,243 1,988 1,243

2 x 20 BOMBA 2 1 1,491 1,491

3 x 30 BOMBA CALOR 2-A 1 1 4,474 1,243 1,988 1,243

3 x 30 BOMBA CALOR 2-B 1 1 4,474 1,243 1,988 1,243

- TOTALES 14,912 2,982 2,983 20,877 4,971 10,190 5,716

DESBALANCE 75.00%

Otras cargas

Las demás cargas fueron identificadas como de iluminación y contactos sencillos, sobretodo en la derivación para oficinas y salón de eventos y en la de los cuartos de vapor, éstas cargas se analizaron a partir del tablero que las distribuye, todas estas cargas están alimentadas por 127 volts (1 fase y un neutro, dos hilos). Estas serán tratadas en los análisis de porcentaje de desbalance y caídas de voltaje en conductores.

46

3.2 Análisis de Caídas de Voltaje en Conductores

La selección de los alimentadores que suministran energía eléctrica a una carga requiere de un estudio preciso para garantizar seguridad y buen funcionamiento de la instalación, también para estimar el costo de la inversión final y pero también que los gastos de operación y mantenimiento no sean mas alto de lo esperado.

Los criterios para definir la sección transversal de los conductores, el calibre AWG o MCM, son los siguientes:

1. Capacidad de conducción de corriente para las condiciones de la instalación 2. Caída de voltaje permitida 3. Capacidad para soportar la corriente de cortocircuito 4. Calibre mínimo permitido para las aplicaciones específicas 5. Pérdidas por efecto Joule 6. Fuerza de tiro en el proceso de cableado 7. Alimentadores de diferentes calibres que pueden compartir la misma canalización

En este caso se analizaron las cargas de cada local, para conocer la corriente que conduce cada una, después se verificó si el calibre de los conductores alimentadores son los correctos las caídas de voltajes en conductores.

Factor de Demanda. Es el cociente de la potencia o demanda máxima entre la potencia de la carga instalada. La fórmula muestra que:

InstaldaMaxima PFdP ×= )(

Esto permite calcular las cargas que no son simultáneas y funcionan a diferente horario o funcionan muy poco por ser de respaldo. Existen diversas tablas que especifican factores de demanda para alumbrado o para locales determinados, sean comerciales, de industria o casas habitación, éstos serán referidos de las tablas del libro Manual de Instalaciones Eléctricas Residenciales e Industriales de Enríquez Harper. A continuación serán en listados en las tablas siguientes: La tabla 3-8 muestra factores de demanda típicos, la tabla 3-9 presenta factores de demanda típicos y simultaneidad en las instalaciones industriales, y la tabla 3-10 muestra factores de demanda en comercios.

CARGA FACTORES DE DEMANDA EN % Motores:

*De propósitos generales. 30 *Para procesos semicontínuos. 60 *De operación contínua 90

Resistencias de calefacción. 80

Hornos de inducción. 80

Hornos de arco. 100

Alumbrado 100

Soldaduras de arco. 30

Soldaduras de resistencia. 20

Tabla 3-8: Factores de demanda típicos

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Tabla 3-9:Factores de demanda típicos y simultaneidad en las instalaciones industriales

TIPO DE CARGA FACTOR DE DEMANDA FACTOR DE SIMULTANEIDAD

Hornos de Resistencias Accionamiento para calderas Productoras de vapor

1 1

Salvo indicaciones del usuario

Hornos de inducción 1 1

Salvo indicaciones del usuario

Motores de 0.5 a 2kW 1 0.6 para 10

motores 0.5 para 20

motores 0.4 para 50

motores

Motores de 2.5 a 10kW 0.7 0.7 para 10

motores 0.6 para 20

motores 0.4 para 50

motores

Motores de 10.5 a 30kW 0.8 0.8 para 5 motores

0.65 para 10 motores

0.5 para 50 motores

Motores de 30kW 0.8 0.9 para 2 motores

0.7 para 5 motores

0.5 para 10 motores

Soldaduras eléctricas 1 0.45 para 4

motores 0.4 para 10

motores 0.3 para 20

motores

Grúas y montacargas en general 0.8 0.4 para 7 elementos

0.2 para 2 elementos

0.4 para 4 elementos

Tabla 3-10: Factores de demanda en comercios

COMERCIO FACTOR DE DEMANDA Alumbrado público 1.00 Apartamentos 0.35 Bancos 0.70 Bodegas 0.05 Casinos 0.85 Correos 0.30 Escuelas 0.70 Garajes 0.60 Hospitales 0.40 Hoteles chicos 0.50 Hoteles grandes 0.40 Iglesias 0.60 Mercados 0.80 Multifamiliares 0.25 Oficinas 0.65 Restaurantes 0.65 Teatros 0.60 Tiendas 0.65

Capacidad de conducción de corriente. Esta capacidad depende del calibre pero principalmente del forro que aísla al conductor, pues dos conductores del mismo calibre pero de diferente aislamiento (forro que lo protege) tendrán diferentes capacidades de conducción. Otra condición que determina la capacidad de conducción de corriente de un cable depende de si esta instalado en tubería o en aire. En el caso de las tuberías mientras mas conductores se agrupen en un tubo mas se verá reducida la capacidad de conductiva de las cables.

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En las conexiones de fase y neutro o de varias fases y neutro, el calibre del neutro se debe definir dependiendo de la situación que se presente, la norma NOM-001-SEDE-2005 define la carga máxima del neutro.

220-22. Carga del neutro del alimentador. La carga del neutro del alimentador debe ser el máximo desequilibrio de la carga determinado por este Artículo. La carga de máximo desequilibrio debe ser la carga neta máxima calculada entre el neutro y cualquier otro conductor de fase; excepto que la carga así obtenida se debe multiplicar por 140% para sistemas de dos fases tres conductores o dos fases cinco conductores. En un alimentador para estufas eléctricas domésticas, hornos de pared y secadoras eléctricas, la carga máxima de desequilibrio se debe considerar al 70% de la carga en los conductores de fase, calculada según la Tabla 220-19 para las estufas y 220-18 para las secadoras. Para los sistemas de tres conductores de c.c. o monofásicos de c.a.; sistemas de tres fases cuatro conductores, dos fases tres conductores o dos fases cinco conductores, se debe calcular otro factor de demanda de 70% para la parte de la carga en desequilibrio superior a 200 A. No debe reducirse la capacidad de conducción de corriente del neutro en la parte de la carga que consista en cargas no-lineales alimentadas con un sistema de tres fases cuatro conductores, conectado en estrella ni en el conductor puesto a tierra de un circuito de tres conductores que esté formado por el conductor neutro y dos fases de un sistema tres fases cuatro conductores conectado en estrella.

Caída de voltaje. Es la diferencia entre el voltaje aplicado al extremo de la alimentación de una instalación y el obtenido en cualquier otro punto de la misma, cuando está circulando la corriente nominal.

La Norma Oficial Mexicana, NOM-001-SEDE-2005, en los siguientes artículos especifica los porcentajes de caída de voltaje permisibles al determinar el tamaño nominal del conductor y capacidad de conducción de corriente mínimos.

210-19. Conductores: Tamaño nominal del conductor y capacidad de conducción de corriente mínimos a) General. Los conductores de los circuitos derivados deben tener una capacidad de conducción de corriente no-menor a la carga máxima que alimentan. Además, los conductores de circuitos derivados de salidas múltiples que alimenten a receptáculos para cargas portátiles conectadas con cordón y clavija, deben tener una capacidad de conducción de corriente no-menor a la capacidad nominal del circuito derivado. Los cables armados cuyo conductor neutro sea más pequeño que los conductores de fase, deben marcarse de esa manera (indicando el tamaño del neutro).

NOTA 1: Para la clasificación de los conductores por su capacidad de conducción de corriente, véase 310-15. NOTA 2: Para la capacidad de conducción de corriente mínima de los conductores de los circuitos derivados de motores, véase la parte B del Artículo 430. NOTA 3: Para las limitaciones de temperatura de los conductores, véase 310-10. NOTA 4: Los conductores de circuitos derivados como están definidos en el Artículo 100, dimensionados para evitar una caída de tensión eléctrica superior a 3% en la salida más lejana que alimente a cargas de calefacción, alumbrado o cualquier combinación de ellas y en los que la caída máxima de tensión eléctrica de los circuitos alimentadores y derivados hasta la toma de corriente eléctrica más lejana no supere 5%, proporcionarán una razonable eficacia de funcionamiento. Para la caída de tensión eléctrica de los conductores de los circuitos alimentadores, véase 215-2.

215-2. Capacidad nominal y tamaño nominal mínimos del conductor. Los conductores de los alimentadores deben tener una capacidad de conducción de corriente no-inferior a la necesaria para suministrar energía a las cargas calculadas de acuerdo a las partes B, C y D del Artículo 220. El tamaño nominal mínimo del conductor debe ser el especificado en los siguientes apartados (a) y (b) en las condiciones estipuladas. Los conductores alimentadores de una unidad de vivienda o de una casa móvil, no tienen que ser de mayor tamaño que los conductores de entrada de la acometida. Se permitirá utilizar lo indicado en el Artículo 310, Nota 3, y en las Notas a la capacidad de conducción de corriente de las Tablas de 0 a 2000 V para calcular el tamaño nominal de los conductores. a) Para circuitos especificados. La capacidad de conducción de corriente de los conductores del alimentador no debe ser inferior a 30 A, cuando la carga alimentada consista en alguno de los siguientes tipos de circuitos: (1) dos o más circuitos derivados de dos conductores conectados a un alimentador de dos conductores

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(2) más de dos circuitos derivados de dos conductores, conectados a un alimentador de tres conductores, (3) dos o más circuitos derivados de tres conductores conectados a un alimentador de tres conductores (4) dos o más circuitos derivados de cuatro conductores conectados a un alimentador de tres fases, cuatro conductores. b) Capacidad de conducción de corriente de los conductores de entrada de la acometida. La capacidad de conducción de corriente de los conductores del alimentador no deberá ser inferior a la de los conductores de entrada de acometida cuando los conductores del alimentador transporten el total de la carga alimentada por los conductores entrada de acometida con una intensidad máxima de 55 A o menos.

NOTA 1: Los conductores de alimentadores, tal como están definidos en el Artículo 100, con un tamaño nominal que evite una caída de tensión eléctrica superior a 3% en la toma de corriente eléctrica más lejana para fuerza, calefacción, alumbrado o cualquier combinación de ellas, y en los que la caída máxima de tensión eléctrica sumada de los circuitos alimentadores y derivados hasta la salida más lejana no supere 5%, ofrecen una eficacia de funcionamiento razonable.

Esto es, la caída de voltaje (desde la alimentación hasta la carga) no deba exceder el 5%. Un 3% se permite a los circuitos derivados (del tablero o interruptor a la salida para su utilización) y el otro 2% se permite al alimentador (de la alimentación al tablero principal).

La fórmula para expresar en por ciento la caída de voltaje, llamada regulación de voltaje, es:

100 V

ΔV%E

nominal

×=

Donde ΔV es la diferencia entre el voltaje de la alimentación (VA) y el voltaje en el extremo alimentador de una instalación (VT): TA VVΔV −=

Para poder determinar el calibre del conductor apropiado para alimentar a cierto sector de la instalación eléctrica evitando una caída de voltaje grande se utilizan fórmulas o tablas que permiten determinarlo. La siguiente fórmula permite encontrar el área o sección transversal del conductor, para después compararla con las tablas que proporcionan las áreas de los diferentes conductores AWG y seleccionar el área igual o inmediatamente mayor a la calculada:

VEcLIScu )(%

2=

Donde: Scu = Área transversal del alimentador en mm2

c = Para circuitos monofásicos y bifásicos debe ser 2 y para circuitos trifásicos debe ser 3 ya que el voltaje nominal corresponde al voltaje entre fases. L = Longitud del alimentador en metros I = corriente del alimentador en amperes %E = caída de voltaje deseada en por ciento V = voltaje aplicado en volts (normalmente el nominal)

Las tablas consultadas una vez determinada la sección circular son las del libro “ABC de las Instalaciones Eléctricas Industriales”, de Enríquez Harper, en el apéndice del capitulo 2 tabla 2.5 (Dimensiones de los conductores eléctricos desnudos).

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Un manera de calcular la distancia permitida para determinado calibre de conductor con un porcentaje de caída de conductor determinado previamente es usando la tabla 2.14 (constantes para el cálculo de caída de tensión en %)del libro anteriormente mencionado que proporciona un constante K que es aplicada para en la siguiente fórmula:

KLIE =%

Donde las variables son las mismas para la fórmula de Scu.

Una tabla que permite seleccionar conductores para alimentar motores dependiendo de la potencia en Watts de los mismos, la corriente nominal, la distancia en metros, y el calibre en AWG son las mostradas en el libro ya mencionado. Las tablas son las 2.20 (cargas 220 v trifásicas 3% de caída de tensión), 2.21 (cargas 440 v trifásicas 3% de caída de tensión) y la 2.22 (cargas 110 v monofásicas de caída de tensión)

Pérdidas por Efecto Joule. Cuando una corriente eléctrica paso por un conductor produce calor que es disipado por la superficie externa. La ley de de Joule se expresa en la fórmula siguiente:

tRIPtW 2==

La resistencia es inversamente proporcional a l sección del conductor, lo que indica que la aumentar el calibre del conductor se reducen las pérdidas por dicho efecto Joule. Esto significa una inversión mayor en conductores eléctricos.

Para conocer las perdidas en estos conductores es necesario calcular la energía disipada en calor en dichos conductores. Con la resistencia total del conductor es posible calcular los Watts disipados en calor al paso de la corriente. Es necesario destacar que en cargas donde exista un ángulo de defasamiento entre voltaje y corriente se calcula la impedancia del conductor (resistencia y reactancia), la tabla 2.4.1 (Resistencia y reactancia en conductores) muestra valores de resistencia y reactancia en Ω/m.

Caídas de Voltaje en Bomba del Pozo de Aguas Jabonosas.

Este análisis estará separado de las derivaciones hechas a esta instalación para alimentar otras áreas. El sistema es alimentado por 3 conductores número 8 AWG y un neutro de número 6 AWG, a una distancia de 95metros hasta el arrancador y el fusible de protección; de ahí un conductor alimenta a la bomba sumergible a 40 metros de distancia con tres conductores número 12 AWG.

Tomando en cuenta los datos tomados en la parte de Mediciones y Datos en el Pozo de aguas jabonosas. Se calculará el área del conductor de alimentación con una caída de voltaje de 3%

220.8)214)(3(

)16)(95(32

)(%

2 mmV

AmVE

cLIScu ===

51

De las tablas mencionadas el calibre de conductor número 8 AWG tiene un área de 8.367 mm2, ligeramente mayor a la calculada, por lo que utilizando correcta esta instalación (sin las derivaciones que se han hecho sin realizar calculo alguno) se tendrá una caída de voltaje aceptable.

Para la parte que va de la protección y el arrancador hasta la carga el área apropiada debe ser:

218.5)214)(3(

)16)(40(32

)(%

2 mmV

AmVE

cLIScu ===

Lo que el conductor número 10 AWG con área de 5.1610mm2 es el apropiado, pero en este caso se esta utilizando calibre 12 AWG, con área de 3.3090 mm2.

Caídas de Voltaje en Alimentador para Centro de Squash, Restaurante, Salón de Espejos y Bomba de 5 HP.

Se encontró una instalación eléctrica inconclusa que fue conectada de manera inapropiada a la alimentación de la bomba de aguas jabonosas, pues una derivación solo tiene un cable conectado al neutro conducida en tubería de 2”. Dicho neutro también fue conectado al sistema de aguas jabonosas. En este capitulo se calcularan las perdidas que causa en el conductor número 8 AWG.

La carga total que alimenta al área de squash, restaurante, salón de espejos se enlista en la tabla 3-11.

Tabla 3-11: Cargas totales en área de squash Local Carga en kW

Palapas Y Tienda 1.280 Squash 9.895

Lámparas pasillo 0.420 Salón de Espejos 4.745 Palapas y juegos 0.730

Restaurante 1.800 Lámparas exterior de squash 0.210

Total 22.08

Dicha carga esta alimentada por tres hilos (dos fases y un neutro) por lo que crean desbalance en relación con el otro conductor. Se considerara un factor de demanda de 30% así la corriente que consumen las cargas conectadas es la siguiente:

AAV

kWI 16.52)3.0(86.173127

)1000)(3.0(08.22===

Esta derivación está conectada a 93 metros del sistema de la bomba de aguas jabonosas. Si se considera que la carga esta balanceada cada fase deberá conducir 26.08 amperes.

52

Mientras que la bomba para riego la corriente consumida por el motor de 5 HP es de 13 amperes, tomando los datos de placa y la derivación está a 65 metros de distancia.

Analizando el tramo de 65 metros de cable número 8 AWG (8.3670 mm2), donde la corriente máxima en dos conductores es de 55.08 A (26.08 A de las instalaciones, mas 16 medidos en la bomba de aguas jabonosas mas 13 A de la bomba de riego)

%74.6)220)(3670.8(

)08.55)(65(322% ===

VAm

VScLIEcu

Ahora se calculará la caída en el resto del tramo que es de 28 metros (93m menos 65 metros ya calculados).

%26.2)220)(3670.8(

)08.42)(28(322% ===

VAm

VScLIEcu

La caída total es de 9 % en dos de los tres conductores, que es un voltaje 19.8 volts, cuando esta circulando la corriente calculada, dicha situación no se presenta siempre pero la operación de las dos bombas y las áreas del club mencionado provocaran esa caída por lo que es necesario atender esta situación pronto. En el capitulo 6 se propone un circuito derivado nuevo analizando factor de demanda, las caídas de voltaje y el calibre necesario para reducirlas.

Para el otro conductor se tiene una caída total de:

%36.7)220)(3670.8(

)08.42)(93(322% ===

VAm

VScLIEcu

Caídas de Voltaje en Alimentador para Cuartos de Vapor.

La alimentación para este sector se hace con 4 hilos (3 fases y un neutro) calibre número 4 AWG, en tubería de 2 pulgadas (51 mm.) a una distancia de 50 metros. La carga conectada a este sistema es de 18.165kW, la mayoría de la carga es de alumbrado por lo que se considerará un factor de demanda de 100%. 2.83 kW están conectados en un tablero trifásico, los 15.335kW conectados en los demás tableros son de dos fases y un neutro conectados todos en las mismas fases A y B.

Las corrientes en el tablero trifásico son:

AV

kWI 43.7)220(3

)1000(83.2==

Las corrientes, suponiendo que la potencia está repartida uniformemente en ambas fases es:

53

AV

kWI 75.120)127(

)1000(335.15==

Se tiene dos conductores que conducen 60.37 A más la corriente de 7.43 A de la carga del tablero trifásico, en dos conductores se conducen 67.8 A y en uno solamente 7.43A. Obtenidas ya las corrientes, teniendo que el área del cable número 4 AWG es de 21.148mm2, la distancia es de 50 metros se calcula la caída de voltaje:

%524.2)220)(148.21(

)8.67)(50(322%

2===

VmmAm

VScLIEcu

%277.0)220)(148.21(

)43.7)(50(322%

2===

VmmAm

VScLIEcu

El desbalance entre fases es demasiado grande pues dos conductores conducen más corriente que el otro. Suponiendo un sistema un sistema balanceado la caída de voltaje sería:

%775.1)220)(148.21(

)67.47)(50(322%

67.47)220(3

000)18.165kW(1

2===

==

VmmAm

VScLIE

AP

cu

En este caso el conductor es apropiado en ambos casos, es necesario analizar y corregir el desbalance de corrientes.

Caídas de Voltaje en Área de Oficinas y Salón.

Para ésta área se considerará la carga total multiplicada por el factor de demanda, lo que permite calcular el conductor de manera aproximada a como suceden los consumos de energía eléctrica. La tabla 3-12 muestra la carga instalada y la carga máxima:

Tabla 3-12: Carga instalada y carga máxima en área de oficinas

Local Carga

InstaladaFD

Carga Máxima

Capilla 4,110.0 60 2,466.0 Oficinas 13,235.0 65 8,602.8

Salón de Eventos 10,718.0 65 6,966.7 Restaurante-Billares 5,030.0 65 3,269.5

Alberca 4,185.0 65 2,720.3

Totales 37,278.0 24,025.2

La corriente de la carga máxima es:

54

AVWI Max 05.63)220(3

0.026,24==

El área del conductor número 1/0 AWG es de 53.473mm2, a una distancia de 160 metros. El porcentaje de caída de voltaje es:

%97.2

)220)(4730.53(

)05.63)(160(3)2(2

=

=

eVmmAme

La caída de voltaje es menor al 3%.Un estudio de las actividades realizadas en el club deportivo permite considerar un factor de demanda general de 50%, lo cual es una potencia máxima de 18,639.0 W y una corriente de 48.9 por fase, la caída de voltaje es:

%30.2

)220)(4730.53(

)9.48)(160)(2(32

=

=

eVmmAme

Lo cual corrobora que la caída de voltaje sigue siendo menor a 3 %.La caída de voltaje en otros locales se muestra en la tabla 3-13.

Tabla 3-13: Caída de voltaje en salón de eventos, capilla y oficinas.

Local Potencia Máxima

Distancia Hilos FasesCalibre AWG

Área en mm2 Corriente

Caída de voltaje en %

Salón de eventos

6966.7 25 4 3 6 13.3030 18.28 0.54

Capilla 2466.0 25 3 2 8 8.3670 6.47 0.35 Oficinas 14592.6 30 4 3 1/0 53.4730 38.30 0.33

La caída de voltaje en los conductores que alimentan al restaurante-billar y a la alberca, se calcularán juntos recabando los datos en la tabla 3-14:

Tabla 3-14: Caída de voltaje en restaurante y alberca.

Local Potencia Máxima en Watts

Distancia en

metros Hilos Fases

Calibre AWG

Área en mm2 Corriente

Restaurante 5989.0 40 4 3 4 21.1480 15.72 Alberca 2720.0 50 4 3 8 8.3670 4.12

La caída de voltaje se calcula con la fórmula siguiente:

%856.0

)367.8(

)12.4)(50(

)1480.21(

)72.15)(40(

)220(

3)2(22

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+×⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

e

mmAm

mmAm

Ve

55

La suma de caídas de voltaje es menor al 2 %. Lo cual permite que las caídas totales no excedan el 5 % del total. Para esta área no es necesario hacer correcciones de calibre de conductores.

Caídas De Voltaje en el Cuarto de Calderas.

Se alimenta con 3 conductores número 2 AWG de 33.6320mm2 y un neutro número 4 AWG, a una distancia de 7 metros. La tabla 3-15 enlista las cargas de motores y sus corrientes, así como las cargas de alumbrado.

Tabla 3-15: Cargas y corrientes en cuarto de calderas Elemento Cantidad Potencia Corriente

Motor 2 5 HP 13.80 A Motor 1 2 HP 6.80 A Motor 2 1 HP 3.60 A

Iluminación 2,305.0 W 6.05 A

Para el cálculo de la corriente total se utiliza la siguiente fórmula, donde la corriente del motor mayor se multiplica por 1.25 más la corriente de los demás motores y cargas:

AIAAAAAI

7.54

05.6)6.3(38.68.13)8.13)(25.1(

=++++=

Para corriente de 54.7 A se tiene conductor número 6 AWG, el conductor instalado es número 2 AWG, para el cual se calculará la caída de voltaje.

%18.0

)220)(632.33(

)7.54)(7(322

=

=

eVmm

Ame

Prácticamente no existe una caída de voltaje importante, el tamaño de calibre de conductor muestra que fue proyectado para un crecimiento de 100%. No es necesario proponer modificaciones en calibre de conductores.

Caídas de Voltaje en Área de Bomba de Filtrado.

Se alimenta con 3 conductores número 2 AWG de 33.6320mm2 y un neutro número 4 AWG, a una distancia de 7 metros. La bomba de 25 hp opera a 64 Amperes de corriente, otra de 5 hp a 13.8 y cargas de alumbrado de 2,085.0 W con 5.47 Amperes de corriente. La corriente máxima del local con la fórmula siguiente:

AAAAI 27.99)472.5()8.13()64)(25.1( =++=

Para esa corriente el calibre apropiado es el 2 AWG de 33.406mm2 que es el que se encuentra instalado. La caída de voltaje en por ciento es:

56

%32.0

)220)(406.33(

)27.99)(7(322

=

=

eVmm

Ame

No existe caída de voltaje considerable, un análisis posterior de el funcionamiento de la bomba de los filtro contempla reducir la potencia de la bomba o incluso recomendar un cambio total del sistema que seria de una potencia menor a la instalada actualmente, con el fin de mejorar la eficiencia del sistema de bombeo y filtrado. No se tiene recomendaciones para modificar calibre de conductores en esta área.

57

3.3. Análisis del Porcentaje de Desbalance y Circuitos Derivados en Centros de Carga y Tableros de Alumbrado y Fuerza

Definición de Centro de Carga. Un centro de carga es el conjunto de elementos agrupados en un determinado lugar para controlar la alimentación de energía eléctrica de una instalación eléctrica de un local. Dichos elementos pueden ser tableros de alumbrado o fuerza que agrupan a los interruptores, dispositivos de protección (fusibles o interruptores termomagnéticos), instrumentos de medición, arrancadores y elementos térmicos para motor y todos aquellos dispositivos que permiten controlar la distribución de la energía a circuitos derivados, colocados en un muro.

Tablero de Circuitos Derivados. Es un gabinete metálico alimentado por un circuito para distribuir la energía eléctrica a varios circuitos derivados, posee los elementos necesarios como un sistema de barras para las fases y el neutro con conexiones y terminales para poder conectarles interruptores termomagnéticos. Se fabrican para sistemas monofásicos, bifásicos o trifásicos. Están disponibles para diversos números de circuitos derivados. Se recomienda tener un interruptor principal para proteger y controlar al tablero.

Centro de Carga con Derivaciones Individuales en Caja. Este centro de carga consiste en un único interruptor general (termomagnético o interruptor de navajas con fusibles) colocado en un módulo metálico colocado en un muro con otros interruptores similares de menor corriente nominal conectados por conductores en tubería conduit o ductos.

Centro de Control de Motores o CCM. Consiste en un tablero diseñado para alimentar varios motores. Consiste en barras alimentados por un interruptor general o principal, de estas barras derivan los arrancadores para cada motor, así como los elementos térmicos (relevador térmico), la protección contra cortocircuito (interruptor termomagnético) y controles de arranque y paro del motor.

Taleros Generales. Son colocados en subestaciones o cuartos especiales para instalar equipo eléctrico. Su alimentación se hace por medio de barras o cables directamente del secundario del transformador.

Distribución de Carga de los Circuitos. En los tableros trifásicos es necesario dividir la carga total entre tres para conocer el valor de equilibrio entre las tres fases. El equilibrio o balanceo de cargas en sistemas trifásicos es necesario para que el consumo de energía y por lo tanto la corriente que circula en cada fases se lo mas balancead posible. Siendo que las cargas en cada circuito pudieran ser diferente (lámparas, contactos) dichas cargas deben conectarse de tal manera que las cargas tengan valores cercanos al valor de equilibrio y que dicha diferencia sea menor al 5%. El desbalance se puede calcular con la siguiente relación de potencias.

100100% ×−

=×−

=P

mM

P

mM

III

WWW

oDesbalance

En donde:

58

WM=Watts de la fase más cargada Wm=Watts de la fase menos cargada WP=Watts de la fase promedio (carga total entre tres) IM=Corriente de la fase más cargada Im=Corriente de la fase menos cargada IP=Corriente de la fase promedio (carga total entre tres)

Cabe también agregar que las cargas para áreas habitacionales o de alumbrado y contactos se usan circuitos de 20 A y en áreas industriales hasta de 50 A. Las salidas para usos especiales deben tener un circuito para ser alimentados y protegidos individualmente.

La norma NOM-001-SEDE-2005 en los siguientes artículos especifica las cargas permisibles en circuitos derivados

ARTÍCULO 210-CIRCUITOS DERIVADOS

A. Disposiciones generales 210-1. Alcance. Este Artículo cubre a los circuitos derivados, excepto aquéllos que alimenten únicamente

motores, los cuales se cubren en el Artículo 430. Las disposiciones de este Artículo y del 430 se aplican a los circuitos derivados con cargas combinadas. Excepción: Los circuitos derivados para celdas electrolíticas, tal como se describen en 668-3(c), Excepciones 1 y 4.

210-23. Cargas permisibles. En ningún caso la carga debe exceder a la capacidad nominal del circuito

derivado. Estará permitido que un circuito derivado individual suministre energía a cualquier tipo de carga dentro de su valor nominal. Un circuito derivado que suministre energía a dos o más salidas o receptáculos, sólo debe alimentar a las cargas especificadas de acuerdo con el tamaño nominal del conductor en los siguientes incisos (a) a (d) y resumidas en 210-24 y en la Tabla 210-24. a) Circuitos derivados de 15 y 20 A. Se permite que los circuitos derivados de 15 o 20 A alimenten a unidades de alumbrado, otros equipos de utilización o una combinación de ambos. La capacidad nominal de cualquier equipo de utilización conectado mediante cordón y clavija no debe superar 80% de la capacidad nominal del circuito derivado. Cuando el equipo alimente a unidades de alumbrado o a equipos de utilización con cable y clavija no-fijos o a ambos a la vez, la capacidad nominal total del equipo de utilización fijo no debe superar 50% de la capacidad nominal del circuito derivado. Excepción: Los circuitos derivados para aparatos eléctricos pequeños y el circuito derivado para lavadora de las unidades de vivienda, especificados en 220-4(b) y (c), sólo deben alimentar a las salidas de receptáculos especificadas en dicha Sección. b) Circuitos derivados de 30 A. Se permite que los circuitos derivados de 30 A suministren energía a unidades fijas de alumbrado con portalámparas de servicio pesado, en edificios que no sean viviendas o a equipo de utilización en cualquier edificio. La capacidad nominal de cualquier equipo de utilización conectado con cordón y clavija no debe exceder 80% de la capacidad nominal del circuito derivado. c) Circuitos derivados de 40 y 50 A. Se permite que un circuito derivado de 40 o 50 A suministre energía a equipo de cocina fijo en cualquier edificio. En edificios que no sean viviendas, se permitirá que tales circuitos suministren energía a unidades de alumbrado fijas con portalámparas de servicio pesado, unidades de calefacción por infrarrojos u otros equipos de utilización. d) Circuitos derivados de más de 50 A. Los circuitos de más de 50 A sólo deben suministrar energía a salidas que no sean para alumbrado.

210-24. Requisitos de los circuitos derivados - Resumen. En la Tabla 210-24 se resumen los requisitos de los circuitos que tengan dos o más salidas o receptáculos distintos a los circuitos de receptáculos indicados en 220-4(b) y (c), como se ha especificado anteriormente.

59

Tabla 210-24. Resumen de requisitos de los circuitos derivados

Capacidad de conducción de corriente nominal del circuito (A)

15 20 30 40 50

3,3(12) 2,082(14)

5,26(10) 2,082(14)

3,36(8) 3,3(12)

13,3(6) 3,3(12)

Conductores (tamaño nominal mínimo mm2-AWG): Conductores del circuito* Derivaciones Cables y cordones de aparatos eléctricos

2,082(14) 2,082(14)

Véase 240-4

Protección contra sobrecorriente (A) 15 20 30 40 50 Dispositivos de salida: Portalámparas permitidos Capacidad de conducción de corriente admisible del receptáculo**

De cualquier

Tipo 15 A máx.

De cualquier

Tipo 15 o 20 A

Servicio pesado

30 A

Servicio pesado

40 o 50 A

Servicio pesado

50 A

Carga Máxima (A) 15 20 30 40 50

Carga Permisible Véase

210-23(a) Véase

210-23(a) Véase

210-23(b) Véase

210-23(c) Véase

210-23 (c)

* Estos tamaños se refieren a conductores de cobre. ** Para la capacidad de conducción de corriente de los aparatos eléctricos de alumbrado por descarga

conectados con cordón y clavija, véase 410-30(c).

Documentos y Datos para Desarrollar el Análisis. Cabe destacar que para realizar este estudio se tienen los diagramas unifilares y los cuadros de censo de carga en los que se calcula el porcentaje de desbalance en cada centro de carga. También se cuenta con fotografías tomadas para ilustrar el estado de los centros de carga más importantes.

Primero se analizara el porcentaje de desbalance de todo el sistema eléctrico y de cada derivación. Después se analizará el tablero general y se partirá de ahí para analizar cada derivación, en cada una de las derivaciones se analizarán los centros de carga, por local, sus porcentaje de desbalance la distribución de circuitos y el estado físico de dichos tableros. Las conclusiones y recomendaciones se presenta en el capitulo de Mejoras Propuestas.

Análisis del Porcentaje de Desbalance A continuación se enlistan en la tabla 3-16 los desbalances en cada centro de carga y centros de control de motores (CCM) agrupados por derivación. Se dividen por derivación, y estos por centro de carga o centro de control de motores, se enlista la potencia total del circuito, las potencias conectadas en cada fase y el Porcentaje de Desbalance, las cargas trifásicas se enumera en fase A, B y C.

La tabla 3-17 agrupa los desbalances totales de cada derivación y presenta el desbalance total del sistema.

60

Tabla 3-16: Porcentaje de desbalance en cada sector de las derivaciones del sistema eléctrico y potencias totales y por fase

POTENCIAS POR FASE ÁREA


DESBALANCE EN %

OFICINAS Y SALÓN

OFICINAS 13,235 2,260 8,035 2,940 130.90%

SALÓN DE EVENTOS 10,718 2,560 4,640 3,518 58.22%

RESTAURANT Y BILLAR 5,030 2,540 1,100 1,390 85.90%

ALBERCA TECHADA 4,185 1,185 1,500 1,500 22.60%

CAPILLA Y SACRISTIA 4,110 1,750 2,360 29.70%

TOTAL 37,278 10,295 17,635 9,348 66.69%

CUARTOS DE VAPOR

VAPOR MUJERES PB 2,830 935 900 995 10.07%

VAPOR MUJERES PA 4,155 3,330 825 120.58%

GURNICIÒN-BAR 2,880 1,800 1,080 50.00%

VAPOR HOMBRES PA 3,070 1,855 1,215 41.69%

VAPOR HOMBRES PB 2,350 1,570 780 67.30%

TOTAL 15,285 935 9,455 4,895 167.22%

CALDERAS Y AGUA CALIENTE

GENERACIÓN DE VAPOR 7,088 1,867 1,667 3,553 79.83%

BOMBAS DE AGUA 8,980 2,993 2,993 2,993 0.00%

TOTAL 16,068 4,860 4,660 6,546 35.21%

FILTROS DE ALBERCA

FILTRADO DE ALBERCA 21,188 7,063 7,063 7,063 0.00%

TABLERO ILUMINACIÓN ALBERCA 1,260 420 420 420 0.00%

OTRAS CARGAS 5,315 1,497 1,497 2,322 46.57%

TOTAL 27,763 8,979 8,979 9,804 8.91%

SQUASH, RESTAURANTE Y CANCHAS

BOMBA AGUAS JABONOSAS 4,490 1,497 1,497 1,497 0.00%

BOMBA DE RIEGO 4,490 1,497 1,497 1,497 0.00%

PALAPAS Y TIENDA 1,280 1,280 0.00%

LÁMPARAS PASILLO 420 420 0.00%

SQUASH 9,895 5,660 4,235 28.80%

LÁMPARA EXTERIOR SQUASH 210 210 0.00%

SALÒN DE ESPEJOS 2,745 1,080 1,665 42.62%

PALAPAS Y JUEGOS 730 730 0.00%

RESTAURANT 1,800 1,800 0.00%

TOTAL 26,060 2,993 12,163 10,903 105.56%

GIMNASIO

GIMNASIO 2,180 1,090 1,090 75.00%

BOMBAS DE CALOR

BOMBAS DE CALOR 20,877 4,971 10,190 5,716 75.00%

61

Tabla 3-17: Porcentaje de desbalance en cada derivación del sistema eléctrico, potencia total y por fase, porcentaje de desbalance total del sistema.

POTENCIAS POR FASE TOTALES

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO (WATTS) A B C

DESBALANCE EN %

OFICINAS Y SALÓN 37,278 10,295 17,635 9,348 66.69%

CUARTOS DE VAPOR 15,285 935 9,455 4,895 167.22%

CALDERAS Y AGUA CALIENTE 16,068 4,860 4,660 6,546 35.21%

FILTROS DE ALBERCA 27,763 8,979 8,979 9,804 8.97%

SQUASH, RESTAURANTE Y CANCHAS 26,060 2,993 12,163 10,903 105.69%

BOMBAS DE CALOR 20,877 4,971 10,190 5,716 75.00%

GIMNASIO 2,180 1,090 1,090 0.00%

TOTAL 145,511 34,124 64,173 47,213 61.95%

En casi todas las derivaciones se tienen desbalances mayores al 5%, excepto en la del gimnasio y el desbalance total es de 61.95% entre las fases A y B. La única forma de reducirlo es analizando sector por sector y reducirlo los mas posible en cada uno, para que el desbalance total se reduzca de manera considerable. Las medidas más recomendables serán el intercambio de conexiones entre fases, cambios en el tablero general e instalación de nuevos centros de carga y CCM que se encuentren dañados o no sean adecuados.

Figura 3- 3: Tablero general e interruptor

Tablero General. Alimentado por tres fases con conductores 4/0 AWG y un neutro 1/0 AWG en tubería conduit de 2 pulgadas. Aquí se encontró un solo interruptor

62

termomagnético marca Cuttler-Hammer de 3 polos, 350 Amperes y 600 Volts. Las etiquetas que permiten identificar datos del interruptor se encuentra en mal estado por lo que es ilegible. Se identifico el dispositivo en base al catálogo de Cuttler-Hammer de interruptores de caja moldeada (Molded Case Circuit Breakers, Electrical Aftermarket Products and Services, 2006), pagina 36. Los detalles se mostrarán en el Análisis de Corto de Circuito.

La fotografía de la figura 4-1 muestra el estado del tablero general y su interruptor, en el se puede observar que ninguna de las derivaciones tiene un interruptor termomagnético de fusibles para proteger los conductores. Tampoco un tablero adecuado con barras de distribución para poder hacer las derivaciones del interruptor principal y poder colocar las protecciones particulares de cada una. Será necesario proponer un nuevo Tablero General.

Desbalance y centros de carga en el área de Oficinas y Salón. Como se señaló anteriormente ésta derivación no tiene protección para sus conductores (4 No. 1/0 AWG) por parte del tablero general.

En el registro A3, numerado en el diagrama unifilar, existen dos derivaciones donde el calibre de dos de ellas cambia. Una derivación de 4 cables a 25 metros calibre 8 AWG (para la capilla) en tubo de 2 pulgadas y la otra es de 4 conductores a 25metros calibre 6 AWG (para salón de eventos) también en tubo de 2 pulgadas. La otra derivación alimenta al centro de carga de oficinas, el de restaurante billar y la alberca techada, con 4 conductores calibre 1/0 AWG a 30 metros de distancia en tubería de 2 pulgadas. Ningún conductor está protegido. Tampoco el conductor que alimenta al restaurante-billar a una distancia de 40 metros con 4 cables 4 AWG (tubería de 2 pulgadas), ni tampoco el conductor que parte de esa área para alimentar a la alberca techada a una distancia de 50 metros, con 4 conductores calibre 8AWG (tubería 1 ¼ de pulgada).

En área de Salón de eventos el tablero esta protegido por un interruptor termomagnético de 100 amperes de 3 polos, ahí aumenta el tamaño del calibre del conductor a 2 AWG, esta instalación es errónea pues no se debe instalar un conductor de calibre mayor después de uno de calibre menor.

En el centro de carga de oficinas y pasillos marca Cuttler-Hammer (se encuentra descontinuado), que se muestra en la fotografía de la figura 3-4, presenta un desbalance de 130.9%, es alimentado por 220 Volts, con tres fases y un neutro. Uno de los problemas para lograr un desbalance menor es que dos circuitos (en número 10 y el 21) concentran tanto iluminación y alumbrado y son protegidos por interruptores de 40 A y un polo. Los demás circuitos se encuentran dentro de la norma anteriormente mencionada, el circuito bifásico (25 y 27) son para alumbrado exterior protegido por un interruptor termomagnético de dos polos, 20 amperes.

La fotografía de la figura 3-5 nos muestra que debe de darse mantenimiento y limpieza para quitar polvo y buscar si la humedad no ha dañado los cables y conexiones. También se puede observar que de manera indebida se conectó un reloj para registro de trabajadores, directamente sin protección alguna.

63

Figura 3- 4: Centro de carga de oficinas y pasillo.

Figura 3- 5: Centro de carga de oficinas y pasillo sin cubierta.

64

Figura 3- 6: Centros de carga salón de eventos y p

El centro de carga para el salón de eventos tiene un desbalance de 58.22% (fotografías de la figuras 3-6 y 3-8), es de 220 volts, tres fases y un neutro. Está protegido por un interruptor de 100 amperes, 220 V y 3 polos, que también protege a un interruptor especial para que los conjuntos musicales conecten su equipo de sonido, marca ABB para protección y control de los circuitos mixtos (óhmicos-inductivos-capacitivos) contra sobrecargas y cortocircuitos con baja corriente de arranque, de 40 amperes, 3 polos a 440 Volts (fotografía de la figura 3-7)

Figura 3- 7: Tablero para conexión de equipos de sonido.

65

Para reducir el porcentaje de desbalance será necesario reacomodar los circuitos y conectar en las fases apropiadas para no sobrecargar una de ellas de más.

Figura 3- 8: Centro de carga para salón de eventos para iluminación y contactos.

El centro de carga del restaurante-billar tiene un desbalance de 85.9%, de tres fases y un neutro. No se tiene imagen del mismo porque es de difícil acceso pero se encontró que tiene interruptores y cables con falsos contactos y polvo. Todos los circuitos son protegidos con termomagnéticos de 20 amperes para alumbrado, ventiladores y contactos.

Figura 3- 9: Centro de carga para iluminación de alberca techada.

66

El centro de carga para la alberca techada (fotografía de la figura 3-9), tres fases y un neutro, presenta un desbalance de 22.6%. Se a dejado de utilizar 6 circuitos para alumbrado excepto por dos circuitos para contactos y alumbrado. Se tienen una derivación para alimentar 3 lámparas incandescentes con reflectores de 1000 Watts a 220 volts, son protegidas por un interruptor termomagnético de 20 amperes, 2 polos, 220 volts. El centro de carga presenta deterioro (partes oxidadas) por la humedad del lugar

El centro de carga de la capilla es de dos fases y neutro, tiene un desbalance de 29,7%, los circuitos derivados presentan problemas pues uno de los interruptores se abre por sobrecorriente, deben revisarse los circuitos de este local. Se propondrá cambiar este tablero por uno trifásico.

Desbalance y centros de carga en el edificio de cuartos de vapor. Esta área es alimentada por cuatro conductores número 4 AWG (tres fases y un neutro) a 50 metros de distancia en tubería de 2 pulgadas. La primera observación es que no están protegidos los cables contra cortocircuito y sobrecorriente. Los conductores llegan directamente al centro de carga de cuartos de vapor de mujeres (planta baja) y tiene dos derivaciones de dos fases y un neutro; la primera derivación es de tres conductores 4 AWG en tubería de 1 pulgada para el centro de carga del bar y guarnición y el segundo es de tres conductores número 8 AWG en tubo de 1 pulgada. Ninguno de las dos derivaciones tiene una protección termomagnética para conductores.

El centro de carga de cuartos de vapor para mujeres planta baja recibe la alimentación de la derivación, es de trifásico y alimenta a todos las circuitos de cuartos de vapor de alumbrado y contactos y las dos derivaciones mencionadas. El tablero presenta deterioro por la humedad que lo ha oxidado, se recomienda cambiarlo y hacer otros cambios que se mencionaran en las mejoras propuestas.

La primera derivación alimenta al centro de carga de cuartos de vapor hombre (planta baja) que tiene un desbalance de 67.23%, es alimentado por dos fases y un neutro; no presenta deterioro por humedad las recomendaciones se enfocaran en balancear las cargas.

La segunda derivación alimenta a un centro de carga de guarnición-bar y tiene dos derivaciones para el centro de carga de cuartos de vapor mujeres (planta alta) de dos fases un neutro con conductores 4 AWG (tubería de 1 pulgada) y el centro de carga de cuartos de vapor hombres (planta alta) con tres conductores (2 fases y un neutro) calibre 8 AWG en tubería de 1 pulgada. El centro de carga tiene un desbalance de 50 % y muestra deterioro por oxidación., las dos derivaciones no tienen ninguna protección termomagnética.

Los dos centros de carga derivados de este tablero no presentan deterioro por oxidación. El primero es para los circuitos de baño de vapor mujeres (planta alta) alimentado por dos fases y un neutro, presenta un desbalance de 120.58%. El segundo es para los circuitos de baños de vapor hombre (planta alta) tiene un desbalance 41.69%.

Desbalance, centros de carga y centros de control de motores en área de calderas y agua caliente. Este sector presenta un desbalance total de 35.21 %, es alimentado por 4 conductores calibre 2 AWG (tres fases y un neutro) en tubería de 2 pulgadas, a 15 metros

67

de distancia. La derivación llega directamente a un centro de carga que agrupa interruptores con fusibles e interruptores termomagnéticos generales para derivaciones de alumbrado y motores, y su desbalance es de 79.83% descartando la carga de dos motores de 5 hp agrupados en un CCM derivado. El tablero es de tipo CCM pues su diseño así lo muestra, no se encuentran datos del mismo porque con el tiempo la pintura las ha cubierto, además de ser un modelo descontinuado presenta deterioro porque se han hecho muchas reparaciones, también se encuentra una gran cantidad de basura. Las fotografías de las figuras 3-10, 3-11, 3-12 y 3-13 muestran el centro de carga y sus componentes.

Figura 3- 10: Centro de carga general para el área de calderas y agua caliente.

Figura 3- 11: Fusibles de 30 A para motores de 1 HP

68

Figura 3- 12: Fusibles 3 x 100 A para motores de 5 HP trifásicos.

Figura 3- 13: Interruptor de 3 x 30 A para motores de 2 y 1 HP.

69

Para el análisis de las protecciones generales contra cortocircuito y sobrecarga (interruptor con fusibles o interruptor termomagnético) de los CCMs de ésta y las demás áreas se referirá la norma NOM-001-SEDE-2005 para instalaciones eléctricas que en su artículo 430 expresa:

ARTÍCULO 430 - MOTORES, CIRCUITOS DE MOTORES Y SUS CONTROLADORES 430-62. Capacidad o ajuste (carga de motores)

a) Carga específica. Un circuito alimentador que suministra energía a una carga fija y específica de motores cuyos conductores tienen tamaño nominal basado en 430-24, debe estar provisto de un dispositivo de protección de valor nominal o ajuste no-mayor a la capacidad o ajuste del mayor de los dispositivos de protección de circuitos derivados contra cortocircuito y falla a tierra de cualquiera de los motores del grupo, más la suma de las corrientes a plena carga de los otros motores del grupo (selección basada en la Tabla 430-152 o en 440-22(a) para compresores de motores herméticos refrigerantes). Si dos o más circuitos derivados del grupo poseen dispositivos contra cortocircuitos y fallas a tierra de igual capacidad o ajuste, se considera a uno solo de ellos como el mayor para los cálculos anteriores.

430-24. Varios motores o motor(es) y otra(s) carga(s). Los conductores que suministren energía eléctrica a varios motores o a motores y otras cargas, deben tener una capacidad de conducción de corriente, cuando menos de la suma de las corrientes a plena carga nominales de todos los motores, más un 25% de la corriente nominal del motor mayor del grupo, más la corriente nominal de las otras cargas determinadas de acuerdo con lo indicado en el Artículo 220 y otras Secciones aplicables.

La fórmula siguiente se utilizó para verificar si la protección general es adecuada para el circuito, en el caso de las mejoras propuestas se utilizará para proponer un interruptor general en los centreo de carga y distribución:

∑+= MOTORES OTROS II 1.25Amp I PCMAYOR PCM

En el caso analizado la primera derivación de este centro de carga esta protegido por tres fusibles de 100 A con interruptor de cuchillas (fotografía de la figura 3-10) con tres conductores AWG y uno de 12 AWG (tres fases y un neutro) alimenta aun CCM para dos bombas de 5 hp.

El CCM (fotografía de la figura 3-12) tiene 2 arrancadores (contactores con elemento térmico) accionados por sensores de nivel tanto en la cisterna como en el depósito que se encuentra sobre el edificio de cuartos de vapor, los dos contactores con elemento térmico son trifásicos. Los arrancadores son protegidos por un interruptor termomagnético de 30 amperes 3 polos. Los arrancadores son marca Cuttler-Hammer, tamaño NEMA 1, de 27 amperes, para 7 ½ hp en voltajes de 220.

El interruptor para esta derivación, tomando en cuenta la corriente de un motor trifásico de 5 HP (13.8 amperes) es de:

AIAAI

T

T

05.31

8.13)8.13(25.1

=+×=

El interruptor de la derivación es mucho mayor del adecuado por lo que se propondrá un nuevo interruptor en Mejoras Propuestas. Mientras que para cada motor de 5 HP la corriente del interruptor será:

70

AIAI

T

T

25.17

)8.13(25.1

=×=

La protección es de 30 A y es mayor a la corriente calculada.

La alimentación de los motores de 5 HP son iguales, tres conductores calibre 10 AWG y uno calibre 12 AWG en tubería de 1 pulgada a 10 metros de distancia.

Figura 3- 14: Termomagnéticos de 3 x 30 A, elementos térmicos y contactores para bombas de 5 HP.

La segunda derivación está protegida por un interruptor de 30 A, 3 polos. El desbalance es de 46.57%, el cual solo puede ser reducido intercambiando fases entre los circuitos Las cargas son un motor trifásico de 2 HP (6.8 A), un motor trifásico de 1 HP (3.6 A), dos motores monofásico de 1 HP (16 A) y cargas de alumbrado y contactos de 2,210.0 Watts. La corriente del interruptor general debe ser:

AIV

WAAAI

Int

Int

56.28

)220(3

210,2

3

1626.3)8.6(25.1

=×

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

++×=

La corriente es cercana al del interruptor de 30 amperes. Los circuitos derivados a este interruptor alimentan a cargas de iluminación y alumbrado. De esta derivación existen tres circuitos. El primero con 3 conductores calibre 12 AWG y uno calibre 14 AWG en tubería de 1 pulgada a tres metros de distancia llega a un interruptor termomagnético de 30

71

amperes, 3 polos, para dos motores trifásicos de 2 hp y 1 hp de la caldera generadora de vapor los controles de ésta (fotografía de la figura 3-15). El segundo circuito es derivado a un interruptor con fusible de 30 amperes para dos motores monofásico de 1 HP, los cuales bombean agua caliente a dos depósitos (fotografía de la figura 3-16). La tercera derivación sirve para alimentar los circuitos de iluminación y alumbrado tanto del cuarto de vapor como de un cuarto para almacenar herramientas y un taller adjuntos.

Figura 3- 15: Caldera para generar vapor para los baños.

Figura 3- 16: Bombas de 1 Hp para distribuir el vapor.

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Desbalance, centros de carga y centros de control de motores en área de filtrado. En ésta área se encuentran la carga de más consumo del sistema (bomba de 25 HP) y tiene un desbalance de 8.91%. Es alimentado por una derivación de tres fases y un neutro, 3 cables calibre 2 AWG y uno 4 AWG en tubería de 2 pulgadas. A 7 m de distancia. Los cables conductores no tienen protección de un interruptor termomagnético o fusible., ni tampoco existe un interruptor general en el tablero. El centro de carga puede considerarse un CCM combinado con tablero de alumbrado (fotografía de la figura 3-17).

Figura 3- 17: Centro de control de motores, tablero de iluminación y arrancadores del área de filtrado.

El circuito para la bomba de 25 HP, esta protegido por un interruptor termomagnético de 70 amperes 3 polos, además de tener un arrancador de contactores con un elemento térmico marca Cuttler-Hammer también posee un sensor de bajo voltaje y desbalance. El deterioro del equipo impide conocer el modelo del arrancador y sus componentes, pero todos los modelos se encuentran descontinuados, en caso de reemplazo se recomienda buscar elementos de acuerdo a las características del motor. El tablero en general se encuentra deteriorado por humedad y polvo, además de basura, como se puede observar en la fotografía de la figura 3-17. El cálculo para conocer el valor de un interruptor termomagnético para proteger un motor de 25 HP es el siguiente:

AIAI

M

M

80

)64(25.1

25

25

=×=

Y el utilizado es de 70 amperes.

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Dentro del tablero general, se encuentra un tablero de alumbrado para la alberca exterior, es un tablero trifásico balanceado con 14 interruptores termomagnéticos de 20 amperes 1 polo (dos por circuito). Cada circuito alimenta a una lámpara fluorescente de 210 Watts, 220 Volts (7 lámparas en total). El tablero muestra el mismo deterioro que los demás equipos, por mal mantenimiento y reparación, el paso del tiempo y los agentes externos. La fotografía de la figura 3-18 muestra el tablero.

Figura 3- 18: Vista interior del tablero de alumbra de alberca.

Los circuitos de las lámparas son conducidos en tuberías de 1 pulgada, los conductores calibre 12 AWG. Presentan los mismos deterioros de humedad y paso del tiempo.

El otro circuito tiene un desbalance de 46.57% y está protegido por un interruptor con 3 fusibles de 30 amperes, y tiene dos derivaciones. La primera es para alumbrado y contactos, protegidos por interruptor termomagnético de 30 amperes (1 polo), la segunda es para una salida para un motor bomba para vaciado de la alberca que se encuentra a 5 metros de distancia, conducido por tres conductores calibre 10 AWG en tubería de ¾ de pulgada a un interruptor termomagnético de 30 amperes, 3 polos. Son relativamente nuevos y no presentan deterioro. Es necesario reducir el desbalance.

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Desbalance, centros de carga y centros de control de motores en área bomba de aguas jabonosas y squash-restaurante-canchas. El estudio de caída de voltaje en este sector es mayor al 5 %, con un valor de 6.74% y se demostró que existe una conexión inadecuada para alimentar al área de squash restaurante y canchas. Se encontró una instalación incompleta con un solo conductor neutro calibre 8 AWG en tubería de 2 pulgadas. Y se hizo una derivación de los conductores del sistema de aguas jabonosas, se determino que deben separarse estos dos sectores y por porcentaje de caída de voltaje se determinará el calibre de los conductores. En la situación actual se tiene un desbalance 105.56 %, sin embargo sin la carga de bomba de aguas jabonosas este aumenta a un 127.5%.

Figura 3- 19: Fusibles de 3 x 70 A, dispositivo térmico y arrancador para la bomba de aguas jabonosas.

Primero se analizará la derivación para la bomba de aguas jabonosas, cual es de 3 conductores calibre 8 AWG y un neutro 6 AWG a 95 m de distancia en tubería de 1 ½ pulgada, llega a un interruptor con fusibles de 60 amperes con un arrancador contactores y un elemento térmico (fotografía de la figura 3-19). De ahí se deriva un conductor de tres fases sin tubería protegido contra el agua a 40 metros de profundidad, donde se encuentra el motor sumergible. No se encontró daños o anomalías en esta instalación más que las señaladas, observándolo desde el punto de vista de que se analizan separadamente.

Analizando el área de squash, restaurante y canchas, se deben hacer cambios en todo este sistema, se propondrán calibres de conductores en el capitulo de Mejoras Para Reducir Las Caídas De Voltaje y Pérdidas En Conductores. Las reducciones de desbalance y cambios de

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número de fases en tableros se propondrá en mejoras propuestas, en la revisión de esta instalación se detecto que los registros para conexiones y distribución de derivaciones presentan humedad y conexiones hechas sin planeación, lo que demuestra que cada que se hace una modificación se realiza sin planeación (ver fotografías de la figuras 3-20, 4.21, 4.22 y 4.23)

Figura 3- 20: Muestra del estado de los registros por mal mantenimiento.


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Desbalance, Centros de Carga del Gimnasio. Esta es una sola derivación con un desbalance de 0%, una carga de 2,180 Watts. Es alimentado por tres conductores calibre 8 AWG, en tubería de 1 ½ pulgada (2 fases y 1 neutro), tampoco tiene una protección termomagnética. Se propondrá anexar esta derivación a la de derivación de restaurante y canchas.

Derivación Para Iluminación de Frontón. Se encontró una derivación sin utilizar, bifásica que era utilizada para la iluminación de las canchas de frontón. Los conductores son calibre 8 AWG en tubería de ¾ pulgadas. Se propondrán cambios o modificaciones de acuerdo al análisis de Iluminación en estas áreas.

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Desbalance, Centros de Carga y Centros de Control de Motores en Área Bombas de Calor. Esta derivación fue instalada a finales del año 2005 y presenta un sinnúmero de irregularidades detectadas tanto por inspección visual como mediciones. El rebalance de este sector es de 75%. Es alimentado por tres conductores calibre 4 AWG en tubería de 1 pulgada a 3metros de distancia. La inspección visual nos mostró una instalación mal hecha y con material incompleto. Se instaló un tablero general sin ninguna base para instalar interruptores termomagnéticos como se puede ver en la fotografía de la figura 3-24

Figura 3- 24: Vista interior del tablero del sistema de aguas jabonosas

La siguiente foto muestra que sólo se dejó preparado para instalar interruptores (fotografía de la figura 3-25) termomagnéticos pero al no tener una base para montarlos se instalaron bases individuales para cada bomba de calor y bomba de agua (fotografía de la figura 3-26). Se propondrá cambiar todo la instalación, se calculará una protección general en las Mejoras Propuestas.

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Figura 3- 25: Vista externa del tablero para el sistema de aguas jabonosas.

Figura 3- 26: Interruptores con fusibles e interruptores termomagnéticos (3 x 30), conexión errónea.

En las mediciones realizadas se detecto un desbalance de corrientes pues IA=56.4 Amperes e IC=79.2 Amperes, teniendo una diferencia de 22.8 Amperes. El desbalance se debe a que

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las bombas de calor tienen un ventilador interno monofásico de 1 HP a 220 Volts, que están conectados a las fases B y C, en cada una. La figura 3-27 muestra la forma en que estaban conectadas las bombas de calor, los ventiladores y las bombas de agua:

Figura 3- 27: Conexión del sistema de bombas de calor entre fases A, B y C

La corrección fue realizada de inmediato, y se determino que las bombas fueran conectadas en el siguiente orden:

• Bomba de agua No. 1: Secuencia AB • Bomba de Calor No. 1-A: Secuencia CAB, ventilador con secuencia AB • Bomba de Calor No. 1-B: Secuencia BCA, ventilador con secuencia CA • Bomba de agua No. 2: Secuencia BC. • Bomba de Calor No. 2-A: Secuencia ABC, ventilador con secuencia BC • Bomba de Calor No. 2-B: Secuencia BCA, ventilador con secuencia CA.

80

3.4 Cálculos de Cortocircuito

Éste cálculo permite saber la reacción del sistema ante un cortocircuito o falla a tierra, pues los sistemas de protección eléctrica tienen límites de operación bajo una corriente de cortocircuito. Si están por debajo de ese límite los dispositivos fallarán. Primero se definirá lo que es un cortocircuito en una instalación eléctrica.

Un cortocircuito es el establecimiento de un flujo de corriente eléctrica muy alta debido a una conexión por un circuito de baja impedancia, que generalmente sucede por accidente. No importa si la instalación es sencilla o sofisticada, en ambas puede ocurrir un cortocircuito.

El daño causado por cortocircuito se debe a esas corrientes elevadas pero también a las fuerzas electrodinámicas entre conductores que se producen pudiendo dañar la instalación y equipos. Los efectos de un cortocircuito dependen directamente de la energía que tiene que ser disipada:

( )∫ ⋅=t

CC dtivW0

donde:

V=Voltaje en los extremos del arco o del elemento considerado

i=Corriente de cortocircuito

t=tiempo que permanece la condición de cortocircuito

Una instalación se protege contra cortocircuito cuando sus elementos cumplen las normas y recomendaciones dadas para las instalaciones y diseño de los circuitos, que son las siguientes:

1. Robustez suficiente para soportar los esfuerzos mecánicos de la máxima fuerza posible.

2. Capacidad de los conductores para soportar los esfuerzos térmicos de la corriente más alta que puede ocurrir.

3. Rapidez de respuesta del sistema de protecciones para interrumpir y aislar la zona donde aparezca un cortocircuito

4. Capacidad de los interruptores para dispar le energía del arco

Las protecciones contra sobrecorriente y sobre voltaje están diseñadas para operar y abrir un circuito cuando detecte dichas fallas. Sean fusibles con interruptor o interruptores termomagnéticos, o dispositivos térmicos, éstos deben operar para los valores que fueron diseñados y son seleccionados por los proyectistas de catálogos que muestran a detalle sus características.

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Las características principales que muestran en interruptores termomagnéticos son: el rango de corriente a la cual opera en caso de una sobrecarga (disparo térmico), el rango en el cual opera ante un corto circuito (disparo magnético) y la capacidad de corriente de cortocircuito a la cual puede ser sometido sin que éste presente daño en sus componentes, sea por el calor generado o por las fuerzas electromagnéticas. Esta es la razón por la que se deben hacer los análisis de cortocircuito para evitar seleccionar dispositivos que no soporten la falla.

Una de las formas de mostrar los disparos del interruptor es por medio de curvas de disparo, como la figura 3-28 que ejemplifica el nivel de corriente contra el tiempo en que tarda en disparar.

Figura 3- 28: Curva de disparo de un interruptor termomagnético.

Una sobrecarga hace que el interruptor actúe en un tiempo largo o corto dependiendo del nivel de corriente, mientras que para un cortocircuito el disparo es instantáneo.

La selección de interruptores debe contemplar qué es lo que se tiene que proteger, una instalación completa, circuitos derivados (a los conductores), cargas de fuerza o alumbrado. Así donde se presente la falla, debe de actuar el interruptor más próximo a la falla (y desconectarla) y no otro cuya operación de disparo pueda desconectar otros circuitos donde la falla no este presente.

En la figura 3-29 se ejemplifica un circuito con sus protecciones termomagnéticas. Como se puede observar, si en la sección marcada como Servicios ocurre una falla en uno de sus circuitos se espera que opere el dispositivo para dicho circuito y no del tablero de circuitos derivados, que primordialmente protege a los conductores que llevan la corriente hasta el área de servicios y actuará si se presenta fallas en dicho cableado. En la sección de motores se espera que en caso de falla opere el elemento térmico para sobrecarga y el interruptor termomagnético para cortocircuito y en caso de fallar debe actuar el interruptor general diseñado para eso o para fallas generales o en el tablero de distribución. Para lograr esto es

82

necesario coordinar las curvas de disparo de cada uno de los dispositivos, sean fusibles, elementos térmicos o interruptores termomagnéticos.

Figura 3- 29: Protecciones térmicas y termomagnéticas para sistema eléctrico de alumbrado y fuerza

Una coordinación de protecciones se puede realizar analizando las curvas de disparo de cada dispositivo y de cargas como motores que presenta una corriente de arranque. En la figura 3-30 siguiente se muestra una comparación de curvas de disparo de dos interruptores termomagnéticos el cual los dispositivos presentan un empalme o no están coordinadas. Existen programas de computadora que permiten realizar dicho análisis.

Figura 3- 30: Ejemplo de curvas de disparo de protecciones termomagnéticas no coordinadas

83

Análisis de cortocircuito en la instalación eléctrica. El primer paso para empezar el análisis de cortocircuito es verificar las cargas inductivas conectadas a la instalación que puedan aportar corriente al sistema (motores generadores y transformadores) y la potencia de corto circuito en el punto de la instalación.

En este caso se hace una lista de los elementos inductivos de la instalación y sus valores de impedancia. El primero es la potencia de cortocircuito del sistema, se estimó considerando ejemplos de libros y la potencia de una ciudad mediana que es aproximadamente de 20 MVA, el voltaje es el de las líneas de transmisión.

SUMINISTRO

Pcc= 20.0 MVA

VL= 13.2 KV

Los valores del transformador están dados en la placa de datos 3-1 y son los siguientes:

TRANSFORMADOR Potencia 75 kVA

Impedancia 2.90%

Para los motores se utilizó la fórmula

a

nIIX ="

donde:

In=corriente nominal del motor Ia=corriente de arranque

Las corrientes de arranque serán calculadas tomando en cuenta la letra clave para indicar los kVA por HP de los motores con rotor bloqueado. Para esto se utilizaran los valores de la tabla 3-18.

LETRA CÓDIGO

kVA/HP LETRA

CÓDIGO kVA/HP

LETRA CÓDIGO

kVA/HP

A 0.00 - 3.14 F 5.00 - 5.59 L 9.00 - 9.99

B 3.15 -3.51 G 5.60 - 6.29 M 10.00 - 11.19

C 3.53 - 3.99 H 6.30 - 7.09 N 11.20 - 12.49

D 4.00 - 4.49 J 7.10 - 7.99 P 12.50 - 13.99

E 4.50 - 4.99 K 8.00 - 8.99 R 14.00 - 15.99

Tabla 3-18: Letras de código para kVA a rotor bloqueado.

Para calcular el valor de la corriente con el valor de la letra código, se utilizará la siguiente fórmula:

84

VoltsHPHPkVAI a

2203

)/(

××

=

donde:

Ia=Corriente de arranque calculada con valores de letra código HP=Potencia en HP del motor

Los resultados se presentan en la tabla 3-19, las letras código fueron tomadas de las placas de datos pero donde no se encontró placa de datos se utilizará la tabla 3-3 de corrientes en amperes para motores con rotor bloqueado

LOCALIZACIÓN DEL MOTOR

HP LETRA

CÓDIGO kVA/HP kVA IaCORRIENTE

A ROTOR BLOQUEADO

Filtros 25 F 5.60 140.00 367

Aguas Jabonosas 5 - - - - 90

5 K 8.99 44.95 118

5 K 8.99 44.95 118

2 - - - - 39 Cuarto de Calderas

1 - - - - 21

Bomba 5 E 4.99 24.95 65

Tabla 3-19: Cálculo de la corriente de arranque con letra código y corriente a rotor bloqueado.

Con las corrientes obtenidas es posible calcular la impedancia en los motores de cuyos resultados se enlistan en la tabla 3-20.

MOTORES

POTENCIA LOCALIZACIÓN

HP kVA*Ia In jX'' (Ω)

Filtros 25 22.00 367.0 64.0 0.174387

Aguas Jabonosas 5 4.40 90.0 13.8 0.153333

5 4.40 118.0 13.8 0.116949

5 4.40 118.0 13.8 0.116949

2 1.75 39.0 6.8 0.174359 Cuarto de Calderas

1 0.80 21.0 3.6 0.171429

Bomba 5 4.4 65.0 13.8 0.212308

Tabla 3-20: Impedancias en motores *Considerando FP=0.85

Para calcular la impedancia en los conductores se utilizó la siguiente fórmula:

kmRMGDMGX L ×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= log1734.0

donde:

85

DMG=Distancia media geométrica RMG=Radio medio geométrico

Para calcular el DMG y el RMG se utilizara la siguiente configuración para los conductores

Figura 3- 31: Configuración de conductores para cálculo de impedancia

Así el DMG es:

3 CABCABDMG ⋅⋅=

El RMG se calcula:

2

DesnudoConductor delExterior Diametro758.0=RMG

Los valores calculados se presentan en la tabla 3-20.

LINEAS DIÁMETRO CON AISLAMIENTO DERIVACIÓN

CALIBRE (AWG)

PULGADAS mm

DIÁMETRO EXTERIOR

(mm) RMG DMG

DISTANCIA (m)

jX (Ω)

Oficinas 1/0 0.549 13.94 8.252 3.127508 13.940 190 0.0213841

Aguas Jabonosas 8 0.245 6.223 3.264 1.237056 6.223 125 0.0152074

Filtros 2 0.433 10.998 6.543 2.479797 10.998 7 0.0007852

Cuartos Calderas 2 0.433 10.998 6.543 2.479797 10.998 15 0.0016826

Bomba 8 0.245 6.223 3.264 1.237056 6.223 87 0.0105844

Tabla 3-20: Impedancias en conductores.

Con estos datos es posible calcular los valores en por unidad (pu), para lo cual es necesario asignar los valores bases del sistema para después poder calcular las impedancias con respecto a esos valores. Los valores bases serán

kVAB=1 kVAB

kVB=13.2 kVB

kVB=.220kVB

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Para la potencia de cortocircuito se tiene:

pujXMVA

X

PkVA

XCC

B

00005.0100020

1

suministro

suministro

suministro

=×

=

=

Para el transformador se tiene:

( ) ( )

pujX

jkVA

kVAXkVAkVA

X

T

TT

BT

000387.0

029.075

1%

=

Ω==

Para los motores

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

M

BM kVA

kVAjXX ""

jXM PU EN MOTORES (1 kVA BASE)

POTENCIA

HP kVA jX" (Ω) jX" (pu)

25 22 0.174387 0.007927

5 4.4 0.153333 0.034848

5 4.4 0.116949 0.026579

2 1.75 0.174359 0.099634

1 0.8 0.171429 0.214286

5 4.4 0.212308 0.048252

Tabla 3-21: Impedancias en motores en por unidad.

Los valores de impedancia de motores se enlistan en la tabla 3-21.Para las líneas se utilizó la fórmula:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

2B

LL kV

kVAjXX

jXL PU EN LÍNEAS (1 kVA BASE, 0.22kV BASE)

DERIVACIÓN jXL (Ω) jXL (pu)

Oficinas 0.0213841 0.0004418

Aguas Jabonosas 0.0152074 0.0003142

Filtros 0.0007852 0.0000162

Cuartos Calderas 0.0016826 0.0000348

Bomba 0.0105844 0.0002187

Tabla 3-22: Impedancias en líneas en por unidad.

87

Con estos valores es posible realizar el diagrama de impedancias que se muestra en la figura 3-32.

j 0.00005

j 0.000387

j 0.000442 j 0.0000162

j 0.007927

j 0.0002187

j 0.048252j 0.026579 j 0.026579 j 0.099634 j 0.214286

j 0.0000348

j 0.0003142

j 0.034848

1

2

3

4 5 6

Figura 3- 32: Diagrama de impedancias para cálculo de corrientes de cortocircuito.

El cálculo de cortocircuito se realizó en los puntos marcados, para conocer en cuál se registra la corriente más alta. La fórmula para calcular la corriente de corto circuito (ICC) es la siguiente:

)X)(kV(3

kVAI

TOTALB

BCC =

La tabla con los valores calculados es la siguiente:

CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO

ÁREA PUNTO DE

CORTOCIRCUITO XTOTAL (pu) ICC (Amperes)

Interruptor Principal 1 0.0003917 6,699.82

Cuarto de Calderas 2 0.0004240 6,189.43

Oficinas-Salón 3 0.0008337 3,147.80

Cuarto de Filtrado 4 0.0004063 6,459.07

Bomba 5 0.0006059 4,331.27

Aguas Jabonosas 6 0.0006961 3,770.03

Tabla 3-23: Corrientes de corto circuito del sistema eléctrico en los seis puntos seleccionados

La tabla 3-23 muestra que la corriente más alta se registraría si el cortocircuito ocurriera en el interruptor principal. Con estos valores es posible seleccionar el marco de los interruptores termomagnéticos. Si embargo los marcos de los interruptores son más altos que las corrientes calculadas

88

El Catálogo compendiado número 29 de Square D, muestra los diseños de interruptores, su marco y la capacidad de corriente que soporta en kA. Como se puede observar en la tabla 3-24 extraída de dicho catálogo los valores se pueden seleccionar en Marco F(letra A), Marco H (letra D), Marco K (letra A), Marco J (letra D) en capacidad de interrupción en kA simétricos (3 polos).

Capacidad de interrupción en kA simétricos (3P)

Marco F-100A Marco H-150A Marco K-225A Marco J-250ª Tensión

de aplicación A (240V c.a.) A H C I D G J L A H C I D G J L

240V c.a. 10 25 65 100 200 25 65 100 125 42 65 100 200 25 65 100 125 480V c.a. 18 25 65 200 18 35 65 100 25 35 65 200 18 35 65 100

Capacidad de interrupción en kA simétricos (3P)

Marco L-400/600A Marco M-1000A Marco N-1200A Marco P-2500ª Tensión

de aplicación A H C I A H A C A H C

240V c.a. 42 65 100 200 42 65 100 125 65 125 125

480V c.a. 30 35 65 200 30 65 50 100 50 100 100

Tabla 3- 24: Capacidad de interrupción de kA simétricos de interruptores termomagnéticos Square D.

Para el interruptor principal marca Cuttler-Hammer se verificó si es adecuado para la instalación eléctrica, verificando los datos del interruptor se encontró que están ilegibles. Para poder encontrar un interruptor similar se buscó en catálogos de la marca Cuttler Hammer, del cual se presenta la siguiente tabla 3-25:

Table 3-44 Special Breakers-Trip Units Only Magnetic Trip Setting, Amperes

Continuous Ampere Rating

Low High

Magnetic Only Breakers, Front Ajustable

400 350 700 400 625 1250 400 750 1500 400 875 1750 400 1125 2250 400 1500 3000 400 2000 4000

Ambient Compensanting Breakers

70 350 700 90 450 900 100 500 1000 125 625 1250 150 750 1500 175 875 1750 200 1000 2000 225 1125 2250 250 1250 2500 300 1500 3000 350 1750 3500 400 2000 4000

Tabla 3- 25: Datos del interruptor general tomados del catálogo “Molded Case Circuit Breakers Electrical Aftermarket Products and Services” pagina 23-

Se pudo encontrar en el catálogo un modelo similar, un interruptor termomagnético de 350 Amperes, tres polos con un ajustador de disparo magnético entre 1,750 y 3,500 ampere. El voltaje es de 600 VAC para el del catálogo, pero la tabla 3-25 muestra valores de rangos de

89

interrupción para 240 VAC, 50,000 Amperes asimétricos (fase a tierra) y 42,000 Amperes simétricos (cortocircuito entre fases).

Tabla 3-25: Rangos de interrupción para voltajes diferentes.

La fotografía de la figura 3-33 presenta el interruptor del catálogo:

Figura 3- 33: Interruptor termomagnético como se muestra en el catálogo.

En la fotografía de la figura 3-34 se muestra el interruptor termomagnético. En la fotografía de la figura 3-35 se muestra el disparo magnético seleccionado en alto (HI), que en el catálogo es de 3,500 Amperes

90

Figura 3- 34: Interruptor termomagnético de la instalación eléctrica del club deportivo.

Figura 3- 35: Perillas para ajustar el disparo magnético.

91

Ahora bien, como se dijo antes se instaló un sistema de bombas de calor con cuatro bombas de calor trifásicas de 5 HP. Las cuales aportaran más corriente en caso de una falla de cortocircuito.

Para esto se realizará otro análisis de cortocircuito contemplando lo que aportarán dichos elementos. La impedancia de lo motores se calculó de la misma manera como se calcularon los anteriores. El valor de corriente de arranque (Ia) se tomará de la tabla 3-3 (Corrientes en amperes para motores con rotor bloqueado) para motores trifásicos de 5 HP pues no se tiene la letra de código.

MOTORES

POTENCIA LOCALIZACIÓN

HP kVA*Ia In jX'' (Ω)

Bombas de Calor 5 4.40 90 13.8 0.1533333

Tabla 3-26: Impedancias de los motores de las bombas de calor.

Los datos de las líneas se enlistan en la tabla 3-27, y se obtuvieron tal como se calcularon las líneas anteriores.

LINEAS DIÁMETRO CON AISLAMIENTO DERIVACIÓN

CALIBRE (AWG)

PULGADAS mm

DIÁMETRO EXTERIOR

(mm) RMG DMG

DISTANCIA (m)

jX (Ω)

Bombas de Calor 4 0.372 9.449 5.189 1.966631 9.449 3.0 0.0003546

Tabla 3-27: Impedancias de la línea de alimentación de las bombas de calor

Tomando en cuenta los valores base, se calculan los valores en por unidad. La tabla 3-28 muestra la impedancia en por unidad de los motores.

jXM PU EN MOTORES (1 kVA BASE)

POTENCIA

HP kVA jX" (Ω) jX" (pu)

5 4.4 0.1533333 0.034848

Tabla 3-28: Impedancia en por unidad de las bombas de calor

Para la línea el valor de impedancia en por unidad se muestran en la tabla 3-29.

jXL PU EN LÍNEAS (1 kVA BASE, 0.22kV BASE)

DERIVACIÓN jXL (Ω) jXL (pu)

Bombas de Calor 0.0003546 0.0000073

Tabla 3-29: Impedancias en por unidad de la línea de alimentación de las bombas de calor.

Con estos valores es posible construir el nuevo diagrama de impedancia de a figura 3-36. Se seleccionaron únicamente dos puntos para el cálculo de cortocircuito que es en el interruptor general y en la línea de alimentación del sistema de bombas de calor.

92

Figura 3- 36: Diagrama de impedancias que incluye al sistema de bombas de calor.

En el cual los valores de corriente de cortocircuito (ICC) se calcularon y se enlistan en la tabla 3-30.

CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO

ÁREA PUNTO DE

CORTOCIRCUITO XTOTAL (pu)

ICC

(Amperes)

Interruptor Principal 1 0.0003749 7,000.8

Bombas de Calor 2 0.0003815 6,878.5

Tabla 3-30: Corrientes de cortocircuito con sistema de bombas de calor.

No se observa un cambio demasiado grande para considerarse, que afecta en los parámetros de los interruptores y fusibles. Todos los valores de corriente de cortocircuito pueden ser considerados para seleccionar interruptores termomagnéticos o con fusibles.

93

3.5 Análisis de Eficiencia en Sistema de Bombeo de Albercas y Calderas

Para mantener el agua de las albercas con las características necesarias para que los usuarios pueden utilizarlas sin riesgo de contraer enfermedades por un agua sucia, ya sea por contaminación por uso y por el estancamiento facilitar el crecimiento de bacterias, por eso es necesario mantener ésta agua en circulación para filtrarla y mantenerla limpia o en el caso de la alberca techada en la que las bombas de calor la mantiene a una determinada temperatura

El área de filtrado de albercas contiene las instalaciones necesarias para esto, junto con el área de bombas de calor recientemente instalado.

Inicialmente un solo sistema de filtrado y calderas daba el servicio a ambas albercas. Así filtraba el agua de ambas albercas y calentaba el agua de la alberca techada La alberca exterior tiene una capacidad aproximada para 2,000,000 de litros (2,000.0m3) y la alberca techada tiene una capacidad aproximada de 600,000 litros (600.0m3). En total se filtraban 2,600,000 litros y se calentaban 600,000 litros con una caldera de diesel.

Ésta situación cambió al instalarse el sistema de bombas de calor junto con nuevos filtros para la alberca techada. Dejando el filtro anterior obsoleto pues ya no es utilizado más que para filtrar el agua de la alberca exterior y ya no para calentar el agua. Si bien es un volumen considerable de agua, dicho sistema ha estado en funcionamiento desde hace mas de 20 años y ahora la bomba de 25 HP se puede considerar demasiado grande para como se utilizan hoy día. Además de que se ha presentado un deterioro importante en la parte de los filtros. La fotografía de la figura 3-37 siguiente muestra el estado actual de dicho sistema.

Figura 3- 37: Caldera y filtro para alberca exterior y anteriormente para alberca techada también.

94

La obsolescencia de dicho sistema lleva a la conclusión de que la administración del club deportivo considera e incluya dentro de sus objetivos sustituirlo. Además de que su operación, llevada a cabo a la par del nuevo sistema de bombas de calor conlleva un gasto mayor de energía eléctrica.

El análisis de éste consumo se reportará en el capítulo siguiente donde se podrá observar el costo aproximado de operar dicha bomba de calor, tomando en cuenta que prácticamente funciona todos los días de la semana en épocas de mayor afluencia de visitantes. Pero la conclusión, anticipando el análisis, es que debe ser sustituido por un nuevo sistema.

Pasando a las calderas para generar vapor, las cuales operan principalmente los fines de semana con una potencia de 30HP y su combustible es diesel que representa un gasto de $30,000 al mes y la carga instalada de motores y controles de la caldera es de 2.5kW.

También cabe destacar que si bien existe un operador para esta caldera el mantenimiento se realiza contratando los servicios de un técnico.

Deben considerarse nuevos sistemas para generación de vapor si se desea un ahorro, pero éste no se reflejará en ahorro de energía eléctrica a menos que se consideren calentadores eléctricos, aunque una alternativa sea utilizar gas.

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3.6 Análisis de Alumbrado

En la actualidad prácticamente toda la iluminación de un edificio, industria, comercio y casa habitación utiliza la energía eléctrica para su funcionamiento (la luz natural a veces es aprovechada en algunas construcciones). Esto ha llevado a buscar la mejor manera de aprovechar su uso de manera eficiente.

Lo primero para utilizar la energía eléctrica para iluminación de manera eficiente es calcular el número de unidades de iluminación eléctrica y sus características técnicas (lúmenes, potencia que consume, equipo adicional como balastros, etc.), la iluminación requerida por el local, las horas en que dichos sistemas funcionan, el tipo de personal que labora ahí o realiza actividades recreativas, etc. De esa manera se puede aprovechar mejor el sistema de alumbrado y se evitan desperdicios de energía eléctrica, también cabe destacar que en lo que se refiere a iluminación el factor de demanda se considera de 100%.

Otra manera de reducir el consumo de energía eléctrica en sistemas de alumbrado es sustituyendo lámparas y luminarias viejas por nuevas cuyo funcionamiento y tecnología reciente permite consumir menos energía eléctrica y obtener la misma cantidad de luz, destacando que dichos sistemas tienen un costo mayor pero su vida útil es también mayor agregando que consume menos energía., como se dijo.

Para explicar lo siguiente se definirán los siguientes conceptos y magnitudes utilizadas en el alumbrado:

Alumbrado Exterior. Alumbrado que se destina a áreas abiertas, entre los que destacan: estacionamientos, calles y avenidas, patios, fachadas de edificios, monumentos, áreas de material industrial, muelles de carga, obras, campos deportivos, estadios, etc.

Alumbrado Interior. Alumbrado de espacios cubiertos, entre los que destacan: salas de espectáculos, naves industriales, centros comerciales, restaurantes, casa habitación, escuelas, etc.

Lámpara Fluorescente ahorradora. Es una lámpara con un bajo consumo de energía eléctrica y un alto rendimiento luminoso.

Luminario. Dispositivos utilizados para distribuir, filtrar o controlar la luz emitida por una o varias lámparas, contiene todos los accesorios necesarios para la fijación, protección y conexión al circuito alimentador.

Flujo Luminoso. Es la energía radiante de una fuente de luz que produce una percepción luminosa, su unidad es el lumen (lm). Equivale al flujo luminoso emitido en un ángulo sólido unidad, o estereorradián, por una fuente puntual situada el vértice de ese ángulo y cuya intensidad luminosa es 1 candela en todas las direcciones

ωφ ×= I

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Cantidad de Luz. Equivale al producto del flujo luminoso emitido por la unidad de tiempo, lumen por hora (lm-hr)

tQ ×= φ

Eficacia o Rendimiento de Flujo Luminoso. Es la relación entre el flujo emitido y la potencia luminosa, lumen sobre Watt (lm/W).

Pn

φ=

Intensidad Luminosa. Es la densidad de flujo a través de un ángulo sólido en una dirección determinada, su unidad es la Candela.

ωI

φ=

Iluminancia. Es la relación entre el flujo luminoso incidente y el área correspondiente, su unidad es el Lux.

SE

φ=

Luminancia. Es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente en la dirección determinada, su unidad es la candela por metro cuadrado (Candela/m2)

cosδS

IL

×=

Ahorro de Energía Eléctrica por Medio de la Sustitución de Focos Incandescentes por Lámparas Fluorescentes Equivalentes. En la última década en México se han establecido programas para la sustitución de las lámparas incandescentes por nuevos dispositivos de iluminación.

El dispositivo más utilizado para sustituirlas es la lámpara fluorescente de tamaño pequeño, casi como el de un foco incandescente. Dicho dispositivo contiene un balastro que permite operar la lámpara y al igual que el foco incandescente pose el mismo tipo de rosca para ser colocada en los sóckets sin ningún problema.

Pero el punto importante es que dichas lámparas permiten obtener un ahorro contando con los mismos flujos luminosos y temperatura de color similares a los incandescentes. Las lámparas que permite sustituir son las de 60, 75 y 100 W principalmente. La tabla 3-31 se presenta una comparación entre las lámparas incandescentes y las lámparas ahorradoras fluorescentes, comparando potencia y lúmenes.

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POTENCIA FOCO INCANDESCENTE

(W)

FLUJO LUMINOSO FOCO INCANDESCENTE

(LM)

EFICACIA (LM/W)

POTENCIA LÁMPARA

FLUORESCENTE (W)

FLUJO LUMINOSO LÁMPARA

FLUORESCENTE (LM)

EFICACIA (LM/W)

60 820 13.66 13.5-15 750-950 54-68.5

75 1075 14.33 17.5-19 1230-1390 66.6-73.5

75 1075 14.33 20-21* 1190-1250* 56.7-61

100 1560 15.6 21-23 1420-1640 64-74

*Lámparas fluorescentes circulares Tabla 3- 31: Comparación de potencia y lúmenes entre lámparas incandescentes y fluorescentes.

Respecto a la temperatura de color se busca que sean lo más parecido a los focos incandescentes, llamada color cálido (2,700 a 3,000 °K) pero las lámparas fluorescentes circulares proporcionan un color blanco frío (4,000 a 4,200 °K) que es muy aceptado en climas cálidos por su apariencia de frescura y limpieza. La tabla 3-32 muestra las temperaturas de color comparadas entre un foco incandescente y una lámpara fluorescente.

POTENCIA FOCO INCANDESCENTE

(W)

TEMPERATURA DE COLOR (°K)

POTENCIA LÁMPARA

FLUORESCENTE (W)

TEMPERATURA DE COLOR (°K)

60 2,790 13.5-15 2,730-2,940

75 2,840 17.5-19 2,790-2,895

100 2905 21-23 2,720-2,845

Tabla 3- 32: Comparación de temperaturas de color entre lámparas incandescentes y fluorescentes.

La vida media de las lámparas fluorescentes compactas y circulares garantizada por los fabricantes es de 10,000 horas y la de los focos incandescentes es tan solo de 1,000. esta prueba consta de periodos de 3 horas prendidas y 20 minutos apagadas hasta alcanzar las 10,000 horas en tensión controlada (una tensión mas alta puede acortar la vida de la lámpara). También pueden obtenerse 20,000 horas de vida útil en periodos de uso largo o cuando permanecen sin apagar.

La vida útil del balastro como elemento individual es de 30,000 a 40,000 horas, por lo que al terminar la vida útil de una lámpara se sustituye por otro utilizando el mismo balastro. El costo de sustituir la lámpara representa el 50% del costo inicial de adquirir una lámpara y su balastro. También debe tomarse en cuenta que existen nuevas tecnologías que tiene un balastro electrónico y ya no permiten la sustitución de la lámpara, pues se tiene que desechar completa.

En todo caso el ahorro que se puede obtener por sustituir los focos por estas lámparas es de un 74 a un 80% en la potencia demandada. Otro tipo de ahorro posible en la sustitución de lámparas, es utilizar nuevas tecnologías en lámparas fluorescentes lineales y sus balastros, donde se ha podido reducir el consumo de energía eléctrica en este tipo de iluminación. Este nuevo tipo de lámpara tiene la característica de tener 2 pines en lugar de uno como era

98

anteriormente por lo que es necesario cambiar el tipo de balastro. La tabla 3-33 compara a la lámpara fluorescente tradicional y la fluorescente ahorradora.

LÁMPARA TRADICIONAL

CON BALASTRO TRADICIONAL (W)

LÁMPARA AHORRADORA

CON BALASTRO AHORRADOR (W)

75 60 40 34 39 30

Tabla 3-33: Comparación entre una lámpara fluorescente tradicional y una ahorradora

Cálculo de Alumbrado para Locales Específicos del Club Deportivo. Gran parte del club deportivo no posee alumbrado, debido a la extensión del mismo y porque las actividades deportivas se realizan principalmente en el día. Sin embargo existen áreas las que debe darse atención en éste tema. Como se dijo anteriormente el cálculo de alumbrado es necesario poder iluminar un local o área evitando desperdiciar energía eléctrica. El método de cálculo de alumbrado por el método de lúmenes es de gran utilidad para este fin y se basa en la siguiente fórmula:

LuxesS

E e ==Φ

=m2en Area

emitidos Lúmenes

Debido a que el medio que es iluminado absorbe y refleja los luxes emitidos por el sistema de iluminación ésta fórmula debe contener los factores de pérdidas, el número de luminarias utilizadas y el coeficiente de utilización. Teniendo en cuenta las dimensiones del lugar que se busca alumbrar, el color de techo, paredes y piso, la actividad que se realizará para determinar los lúmenes requeridos y las características de la lámpara o luminaria que se piensa instalar(los lúmenes y las curvas de isocandelas en planos vertical y/o horizontal) se pueden calcular el número de luminarias requeridas. La siguiente fórmula permite calcularlas:

FPTCUlSEN×××

×=φ

donde:

N = número de luminarias o unidades de alumbrado E = iluminación requerida en Luxes S = Superficie en m2

Φ = Flujo luminosos por lámpara en Lúmenes CU = Coeficiente de utilización FPT = Factor de pérdidas totales. l = número de lámparas por luminaria.

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Determinación del Coeficiente de Utilización (CU). El CU es el cociente de los lúmenes que llegan al plano de trabajo y los totales generados por la lámpara, tomando en cuenta la eficacia y al distribución de la luminaria, su altura de montaje, las dimensiones del local y las reflectancias de las paredes, techo y suelo. Cuanto más alto y estrecho sea el local, mayor será la proporción de luz absorbida por las paredes y menor el coeficiente de utilización., este efecto se considera mediante la relación de la cavidad del local (RCL) que se define con la siguiente fórmula:

anchoolanchoolHRCL

×+××

=arg

)arg(5

donde:

H = altura de la cavidad

Calculado este valor y tomando en cuenta el porcentaje de reflectancia de paredes y techo se utilizan tablas que reúnen las características de las luminarias y permiten determinar el CU. Para conocer el porcentaje de reflexión de luz aproximado tanto en paredes como en techo se recurre a diversas tablas donde se proporcionan valores aproximados del porcentaje de luz que reflejan tonos de pintura y acabados de diversos materiales. La tabla 3-34 es para acabados de pintura.

TONO COLOR REFLEXION EN %

Blanco nuevo 88

Blanco viejo 76

Azul verde 76

Crema 81

Azul 65

Miel 76

Muy Claro

Gris 83

Azul verde 72

Crema 79

Azul 55

Miel 70

Claro

Gris 73

Azul verde 54

Amarillo 65

Miel 63 Mediano

Gris 61

Azul 8

Amarillo 50

Café 10

Gris 25

Verde 7

Oscuro

Negro 3

Tabla 3-34: Reflexiones en superficies de pintura

La tabla 3-35 agrupa valores para acabados de madera, acabados metálicos y acabados de construcción aparentes:

100

COLOR O TIPO REFLEXION EN %

Maple 43

Nogal 16

Caoba 12

Superficies de Madera

Pino 48

Blanco Polarizado 70

Esmalte horneado 85

Aluminio Pulido 75

Aluminio mate 75

Aluminio claro 79

Acabados Metálicos

Aluminio claro 59

Roca basáltica 18

Cantera clara 18

Tabique muy pulido 48

Tabique rojo vidriado 30

Tabique pulido 40

Tabique rojo barnizado 30

Cemento 27

Concreto 40

Mármol blanco 45

Vegetación 25

Asfalto limpio 7

Adoquín de roca ígnea 17

Grava 13

Pasto 6

Acabados de

Construcción Aparentes

Pizarra 8

Tabla 3-35: Reflexiones aproximadas

La figura 3-38 muestra una curva de distribución y tablas de coeficientes de utilización de una luminaria. Donde se presenta el porcentaje de luz reflejada del techo y de dicha selección se busca el porcentaje de luz reflejada en las paredes y con el valor RCL es posible encontrar el CU. Los valores y las curvas dependen del tipo de lámpara utilizada.

Figura 3- 38: Curvas de distribución y coeficientes de utilización de una luminaria.

101

El cálculo del factor de perdidas totales es necesario porque desde que las lámparas empiezan a funcionar empiezan envejecer debido a su degradación natural en todo dispositivo que esta funcionando, todo esto se traduce en una disminución en el nivel de iluminación. Por eso es necesario incluir el factor mencionado (FPT). Se consideran 8 factores parciales que multiplicados nos proporcionan el FPT, los cuales se enumeran a continuación:

1. Característica de Funcionamiento de Balastro o Reactor. Se considera que las lámparas fluorescentes requieren una balastro con una reactancia tal que la lámpara emita el 95 % de la luminosidad que proporciona cuando funciona con una reactancia patrón utilizada para establecer el valor nominal. Se considerará el valor de 0.95 por no tener datos precisos, en alumbrado incandescente no se utiliza.

2. Tensión de Alimentación de las Luminarias. La tensión de servicio en la luminaria es difícil de predecir, una variación de un 1% de la tensión nominal causa aproximadamente un 3% de variación en los lúmenes emitidos por una lámpara de mercurio, en las lámparas fluorescentes la variación de los lúmenes es de un 2.5%.

3. Variaciones de la Reflectancia de la Luminaria. Se presenta en luminarias con acabados de baja calidad, no se tienen datos para poder determinarla.

4. Lámparas fundidas. Se calcula como el porcentaje de lámparas fundidas que se pueden permitir.

5. Temperatura Ambiente. Se considera en las lámparas fluorescentes que se calibran fotométricamente a 25°C y no se considera en las lámparas de filamento ni de mercurio.

6. Luminarias con Intercambio de Calor. Se considera cuando se tiene aire acondicionado en el local y al extraerse o inyectar aire la eficiencia puede aumentar un 20% aproximadamente.

7. Degradación Luminosa de la Lámpara. Para un 70% de vida útil de la lámpara, la disminución estimada en lúmenes emitidos es de un 8% en lámparas fluorescentes, 8.5% para las de filamento y un 6.5% para las lámparas de vapor de mercurio. En la figura 3-39 ejemplifica una gráfica de vida útil de una lámpara de sodio

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Figura 3- 39: Ejemplo de una gráfica de vida útil de una lámpara de sodio.

8. Disminución de Emisión Luminosa por Suciedad. Este factor varía dependiendo de la luminaria y del ambiente en el cual funciona. La figura 40 ejemplifica una gráfica de disminución de porcentaje de lúmenes después de un mantenimiento de limpieza, el valor inferior es de 40%.

Figura 3- 40: Gráfica de disminución del porcentaje de lúmenes después de mantenimiento de limpieza.

Otra fórmula que es útil cuando el número de lámparas calculado resulta un número decimal y entonces es necesario volver a calcular los lúmenes con un valor mayor o menor al número calculado, la fórmula es:

SFPTCUlN

E ee

××Φ××=

donde:

103

Ee = Iluminación resultante según nueva especificación. Ne = Número de luminarias de la nueva especificación.

En caso de utilizarse otro método de cálculo de alumbrado para áreas de exteriores como es el método de punto por punto, se desarrollará conforme se presenten los casos, en este caso será para canchas de tenis y de softbol, considerando que se tienen recomendaciones específicas para colocar reflectores modelos “arena vision” y “tempo” de la marca Philips especificados en el Manual del Electricista de Conductores Monterrey, en las cuales se especifican medidas y número de luminarias. Valorado si es factible seguir las recomendaciones del libro o desarrollar el método de alumbrado exterior punto por punto se presentarán resultados y recomendaciones.

104

4. ANÁLISIS DEL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

El estudio del consumo de energía eléctrica realizado por medio del análisis de los recibos de consumo eléctrico expedidos por la compañía suministradora, se puede considerar como un diagnóstico de Nivel de inspección, pues se compara los diferentes cargos y medidas, de un año con respecto a otro, o simplemente su comportamiento en determinadas temporadas o meses.

El Club Deportivo Real Del Potosí tiene dos contratos con Comisión Federal de Electricidad, un contrato en tarifa O-M y otro de Tarifa 02. Las tarifas eléctricas tienen como finalidad fijar los precios que deberá pagar el usuario, tomando en cuenta las condiciones en que se suministra la energía al cliente. Por eso se mencionaran los conceptos básicos generales para las Tarifas eléctricas.

Demanda Máxima. Se mide en kW en periodos de 15 minutos, se cuentan 5 minutos de consumo hasta llegar a 15 y se promedia por medio de medidores especiales proporcionados por la compañía suministradora. El promedia mas alto de todos los promedios de 15 minutos del mes es el que será considerado para facturar en el recibo.

Energía Consumida (kWh). Es el consumo en kilowatt-hora registrados en el término de un periodo de tiempo, un mes, y representan el consumo real de energía durante el periodo. El término kWh se considera una medida de energía, no de potencia, la fórmula para determinar esta unidad es:

horaskWDemandakWh ×= )(

Factor De Carga. Es la relación entre la carga promedio y la demanda máxima. La fórmula para calcularlo es la siguiente:

100Periodo Del Días de No. /24

(%) medidos ×

××=

diahrkWkWh

FCMAX

Factor de Potencia. Se refiere a la medida que hace la compañía suministradora para determinar si el cliente mantiene un bajo o alto factor de potencia, en base al cual determina si multa o bonifica al usuario. Los medidores registran los kVAR reactivos que consume el usuario. En la parte de Factor de Potencia se tratar con detalle este parámetro. Cabe mencionar que no todas las tarifas realizan esta medición.

4.1 Tarifas.

Se mencionaran solo las tarifas en base a las cuales la CFE cobra el consumo de energía eléctrica al Club Deportivo Real Del Potosí.

Tarifa 02.Servicio general hasta 25 kW de demanda

105

1.- Aplicación. Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la energía en baja tensión a cualquier uso, con demanda hasta de 25 kilowatts, excepto a los servicios para los cuales se fija específicamente su tarifa.

2.- Cuotas aplicables en el mes de Febrero de 2006

2.1 Cargo fijo: $ 41.52

2.2 Cargos adicionales por energía consumida

$ 1.621 por cada uno de los primeros 50 kilowatts-hora. $ 1.957 por cada uno de los siguientes 50 kilowatts-hora. $ 2.158 por cada kilowatt-hora adicional a los anteriores.

3.- Mínimo mensual. Cuando el usuario no haga uso del servicio cubrirá como mínimo el cargo fijo a que se refiere el punto 2 de esta tarifa.

4.- Demanda por contratar. La demanda por contratar la fijará inicialmente el usuario con base en sus necesidades de potencia. Cualquier fracción de kilowatt se considerará como kilowatt completo.

Cuando el usuario exceda la demanda de 25 kilowatts, deberá solicitar al suministrador aplique la tarifa 3. De no hacerlo, a la tercera medición consecutiva en que exceda la demanda de 25 kilowatts, será reclasificado por el suministrador, notificándole al usuario.

5.- Depósito de garantía. Es el importe que resulte de aplicar el cargo adicional por energía consumida del primer bloque del numeral 2.2 a los consumos mensuales que se indican según los casos:

a) 125 kilowatts-hora para los servicios suministrados con 1 hilo de corriente. b) 350 kilowatts-hora para los servicios suministrados con 2 hilos de corriente. c) 400 kilowatts-hora para los servicios suministrados con 3 hilos de corriente.

En el caso de los servicios con facturación bimestral, el depósito de garantía será dos veces el importe que resulte de aplicar lo anterior.

Tarifa O-M (2006 - 2007).Tarifa ordinaria para servicio general en media tensión, con demanda menor a 100 kW.

1.- Aplicación. Esta tarifa se aplicará a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión, con una demanda menor a 100 kW

2.- Cuotas aplicables en el mes de ENERO 2007. Se aplicarán los siguientes cargos por la demanda máxima medida y por la energía consumida:

Región. Cargo por kilowatt de demanda máxima medida y Cargo por kilowatt - hora de energía consumida

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Región Cargo por kW de demanda máxima media

Cargo por kW-hora de energía consumida

Baja California $ 98.46 0.752 $/kWh Baja California Sur $ 107.13 0.912 $/kWh Centro $ 122.92 0.916 $/kWh Noreste $ 113.03 0.855 $/kWh Noroeste $ 115.38 0.848 $/kWh Norte $113.47 0.855 $/kWh Peninsular $126.86 0.873 $/kWh Sur $122.92 0.886 $/kWh

3.- Mínimo mensual. El importe que resulta de aplicar 10 veces el cargo por kilowatt de demanda máxima medida.

4.- Demanda contratada. La demanda contratada la fijará inicialmente el usuario; su valor no será menor del 60% de la carga total conectada, ni menor de 10 kilowatts o la capacidad del mayor motor o aparato instalado. En el caso de que el 60% de la carga total conectada exceda la capacidad de la subestación del usuario, sólo se tomará como demanda contratada la capacidad de dicha subestación a un factor de 90%.

5.- Temporadas de verano y fuera de verano. Para la aplicación de las cuotas en las regiones Baja California y Baja California Sur.

6.- Demanda máxima medida. La demanda máxima medida se determinará mensualmente por medio de instrumentos de medición, que indican la demanda media en kilowatts, durante cualquier intervalo de 15 minutos, en el cual el consumo de energía eléctrica sea mayor que en cualquier otro intervalo de 15 minutos en el periodo de facturación.

Cualquier fracción de kilowatt de demanda máxima medida se tomará como kilowatt completo.

Cuando la demanda máxima medida exceda de 100 kilowatts, el usuario deberá solicitar al suministrador su incorporación a la tarifa H-M. De no hacerlo, al tercer mes consecutivo en que exceda la demanda de 100 kilowatts, será reclasificado por el suministrador en la tarifa H-M, notificando al usuario.

7.- Depósito de garantía. Resulta de aplicar 2 veces el importe del cargo por demanda máxima medida a la demanda contratada.

4.2. Análisis de los Recibos en Tarifa O-M

En esta tarifa se tiene con número de Servicio 929 900 300 246, se tiene una demanda conectada de 50 kW y una demanda contratada de 50 kW. Se analizaron los diversos conceptos e importes y su comportamiento durante los años 2004, 2005 y 2006, que son los años en los cuales ha funcionado la administración actual del club

Por medio de tablas se ordenaron los diversos parámetros, para poder comparar su comportamiento mensual, así como también se sacaron promedios anuales de los valores

107

que lo requieran o se anota la suma anual en donde sea necesario. Cabe destacar que el mes de facturación indicado se refiere al periodo del mes anterior, si se menciona el mes de facturación de Mayo, se indica lo que se consumió en los meses de Abril, pero puede incluir algunos días del mes de Marzo y Mayo. Generalmente la facturación se hace cada 30 o 31 días. Los parámetros registrados son los siguientes:

Demanda Máxima en kW en el periodo facturado. Esta demanda es la mayor promedio medida en intervalos de 15 minutos.

Cargo por Demanda. El importe por Demanda Máxima multiplicada por su costo, dependiendo de la tarifa del mes o los meses del periodo.

Consumo Total en kWh. Esta medición registra un parámetro de energía, pues la unidad de energía es el Joule (J) que equivale a W x segundo.

Cargo por Energía. Consumo medido en el periodo multiplicado por la tarifa en $/kWh en los mese del periodo facturado.

% FP. Nivel de Factor de Potencia.

Cargo o Bonificación por FP. CFE bonifica FP mayores a 90% y emite cargos cuando es menor a este mismo valor.

%FC. Factor de Carga en por ciento.

Precio medio. Permite calcular de manera rápida el subtotal multiplicándolo por el Consumo total.

Cargo 2% de Baja Tensión. Si el valor del voltaje nominal que proporciona CFE es 2% menor a 220 volts.

Subtotal. Es la suma de todos los importes (cargo por demanda máxima, cargo por consumo total de kWh, cargo o bonificación por % de factor de potencia, cargo por 2% de baja tensión) sin incluir cargos por impuesto y adeudos que no se relacionan con el comportamiento del consumo de energía eléctrica.

Tablas y Gráficas de las Tarifa O-M. Las tablas 4-1, 4-2 y 4-3 muestran los parámetros medidos y cargos en los años 2004, 2005 y 2006 respectivamente. Después se muestran gráficas comparativas de cada parámetro con respecto a los tres años. Los parámetros medidos enlistados son: Demanda máxima, consumo total, factor de potencia y factor de carga. Los cargos en listados son: Cargo por demanda, cargo o bonificación por factor de potencia, cargo por 2% de baja tensión y subtotal.

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Mes de Facturación

Demanda Máxima en

(kW) Cargo por Demanda

Consumo Total (kWh)

Cargo Por Energía % FP

Cargo o Bonificación

por FP % FC

Precio Medio

Cargo 2% Baja

Tensión Subtotal

Enero 27 $2,182.67 4,789 $2,959.61 90.75 -$10.49 25 $1.0931 $102.84 $5,234.63

Febrero 33 $2,755.62 3,460 $2,150.97 90.17 $0.00 15 $1.4465 $98.13 $5,004.72

Marzo 34 $3,216.52 5,222 $3,287.00 89.74 $13.26 20 $1.2729 $130.07 $6,646.85

Abril 39 $3,255.11 6,559 $4,160.89 91.01 -$22.69 24 $1.1498 $148.32 $7,541.63

Mayo 40 $3,559.27 9,288 $6,013.69 86.48 $234.34 32 $1.0765 $191.45 $9,998.75

Junio 48 $4,549.92 9,670 $6,565.99 87.21 $217.64 26 $1.2056 $222.32 $11,555.87

Julio 96 $9,381.12 8,668 $6,074.97 85.72 $472.29 12 $1.8944 $309.12 $16,237.50

Agosto 35 $3,631.23 9,971 $7,183.49 85.42 $352.99 37 $1.1417 $216.29 $11,384.00

Septiembre 40 $3,946.68 9,446 $6,941.25 85.25 $366.48 33 $1.2145 $217.75 $11,472.16

Octubre 40 $4,542.69 10,431 $7,807.14 85.51 $403.09 33 $1.2463 $246.99 $12,999.91

Noviembre 42 $4,073.95 8,882 $6,614.65 86.35 $272.55 30 $1.2582 $213.77 $11,174.92

Diciembre 36 $3,670.11 4,521 $3,341.02 84.38 $286.05 17 $1.6451 $140.22 $7,437.40

Promedios 43 $4,063.74 7,576 $5,258.39 87.33 $215.46 25 $1.3037 $186.44 $9,724.03

Totales $48,764.89 90,907 $63,100.67 $2,585.51 $2,237.27 $116,688.34

Tabla 4-1: Parámetros Medidos y Cargos en el Año 2004 en Tarifa O-M

Mes de Facturación

Demanda Máxima en

(kW)

Cargo por Demanda

Consumo Total (kWh)



por FP

% FC

Precio Medio

Cargo 2% Baja

Tensión Subtotal

Enero 31 $3,367.04 4,738 $3,576.60 88.90 $49.57 20 $1.5053 $138.87 $7,132.08

Febrero 29 $3,017.10 3,624 $2,809.81 91.47 -$23.77 17 $1.6335 $116.53 $5,919.67

Marzo 34 $3,634.28 3,878 $2,936.86 89.79 $6.70 16 $1.7301 $131.42 $6,709.26

Abril 53 $5,916.00 10,735 $8,007.99 90.89 -$28.40 26 $1.3204 $278.47 $14,174.06

Mayo 46 $4,655.66 8,077 $5,897.36 89.95 $3.59 26 $1.2930 $211.06 $10,767.67

Junio 47 $4,669.79 9,930 $7,307.83 89.14 $73.30 29 $1.2377 $239.55 $12,290.47

Julio 51 $5,617.64 11,415 $8,528.44 87.86 $216.43 29 $1.2830 $282.92 $14,645.43

Agosto 49 $4,866.41 10,099 $7,690.92 88.31 $140.89 30 $1.2822 $251.14 $12,949.36

Septiembre 48 $5,010.18 10,235 $7,945.79 87.52 $224.65 30 $1.3131 $259.11 $13,439.73

Octubre 42 $4,838.15 8,637 $6,756.31 86.89 $248.35 27 $1.3980 $231.88 $12,074.69

Noviembre 33 $3,920.40 4,917 $4,202.23 85.27 $275.75 21 $1.5896 $162.45 $8,560.83

Diciembre 33 $4,071.20 4,654 $3,777.50 84.97 $288.20 18 $1.7821 $156.97 $8,293.87

Promedios 41 $4,465.32 7,578 $5,786.47 88.41 $122.94 24 $1.4473 $205.03 $10,579.76

Totales $53,583.85 90,939 $69,437.64 $1,475.26 $2,460.37 $126,957.12

Tabla 4-2: Parámetros Medidos y Cargos en el Año 2005 en Tarifa O-M Mes de

Facturación

Demanda Máxima en

(kW)

Cargo por Demanda

Consumo Total (kWh)



por FP

% FC

Precio Medio

Cargo 2% Baja

Tensión Subtotal

Enero 25 $2,969.95 3,738 $3,189.85 86.21 $165.73 20 $1.7238 $123.19 $6,448.72

Febrero 51 $6,478.66 9,382 $8,066.26 86.14 $400.56 23 $1.6240 $290.89 $15,236.37

Marzo 55 $7,287.23 15,224 $12,873.80 85.64 $637.49 36 $1.3927 $403.22 $21,201.74

Abril 45 $5,609.37 9,448 $7,928.60 85.88 $400.45 27 $1.5039 $270.75 $14,209.17

Mayo 69 $8,037.81 24,125 $19,942.81 86.67 $657.94 44 $1.2359 $559.61 $29,198.17

Junio 69 $8,355.21 16,031 $13,602.56 86.85 $487.39 32 $1.4006 $439.16 $22,884.32

Julio 69 $9,220.07 16,676 $14,769.39 86.65 $562.79 31 $1.5011 $479.78 $25,032.03

Agosto 62 $7,976.92 17,519 $16,065.49 86.58 $581.22 39 $1.4122 $480.85 $25,104.48

Septiembre 62 $7,921.12 16,477 $15,253.58 86.26 $614.93 34 $1.5133 $463.49 $24,253.12

Octubre 62 $7,561.32 12,350 $11,382.03 85.34 $637.63 29 $1.6162 $378.86 $19,959.84

Promedios 57 $7,141.77 14,097 $12,307.44 86.22 $514.61 32 $1.4924 $388.98 $20,352.80

Totales $71,417.66 140,970 $123,074.3 $5,146.13 $3,889.80 $203,527.96

Tabla 4-3: Parámetros Medidos y Cargos en el Año 2006 en Tarifa O-M

109

Para poder comparar el comportamiento de los parámetros del consumo de energía eléctrica se presentan una serie de gráficas para poder observar y comparar los comportamientos en cada año. A continuación se presentaran las gráficas y se explicará una por una.

Demanda Maxima

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Enero

Febrer

oMarz

oAbri

lMay

oJu

nio Julio

Agosto

Septie

mbre

Octubre

Noviem

bre

Diciembre

kW200420052006

Figura 4-1: Demanda Máxima en los años 2004, 2005 y 2006

La gráfica de la figura 4-1 nos muestra las demandas máximas en kilowatts por mes, pero antes se debe destacar que en el mes de Julio de 2004 se registra un consumo de 96kW, investigando no se pudo conocer la razón de este comportamiento pues ocurrió durante una administración anterior, pero se puede deducir que se debió a un error de lectura por parte de CFE. El comportamiento de la demanda máxima en 2004 y 2005 muestran un comportamiento similar pues aumentaron en los mismos meses y diminuyeron parecido. Tanto en Abril y Julio de 2005 se observan consumos mayores a la demanda contratada de 50kW, 53kW y 51 kW respectivamente, razón por lo que se decidió que se realizara un diagnostico energético.

Mientras en los años 2004 y 2005 las demandas máximas promedio fueron de 43kW y 41kW respectivamente, en 2006 con los meses facturados fue de 57kW. Este problema detectado en el año 2006 en que la demanda máxima rebaso la demanda contratada, aumentando a 52kW en el mes de Febrero a 55kW en Marzo, a 69kW de Mayo a Julio y a 62kW de Agosto a Noviembre fue causado por la instalación de un sistema de bombas de calor que consta de 4 bombas de calor de 5 HP y dos bombas de agua de 2.5 HP. La decisión tomada para resolver este problema que causaba multas fue recontratar un nuevo servicio con una demanda contratada de 69kW, considerando una carga de 68kW en tarifa O-M.

110

Cargo Por Demanda

$0.00

$1,000.00

$2,000.00

$3,000.00

$4,000.00

$5,000.00

$6,000.00

$7,000.00

$8,000.00

$9,000.00

$10,000.00

200420052006

Figura 4-2: Cargo por Demanda en los años 2004, 2005 y 2006

En la gráfica de la figura 4-2 se pueden observar las consecuencias en costos de tener una demanda máxima mayor, pues los cargos fueron aumentando considerablemente en cada año y no se pudieron reducir, así comparando el año 2004 con el de 2006, los costos se duplicaron llegando a tener cargos mayor a $9,000.00 en el mes de Julio. El consumo promedio fue de $4,063.74 en 2004 y de $4,465.32, pero en 2006 fue de $7,141.77 y esto se debió a las razones mencionadas anteriormente.

Consumo Total

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

kW h200420052006

Figura 4-3: Consumo total en kWh en los años 2004, 2005 y 2006

La gráfica de la figura 4-3 nos muestra el comportamiento del consumo total en kilowatts-hora (kWh) en los años 2004, 2005, 2006, medidos y facturados cada mes. Lo primero que se puede observar es que mientras los consumos tanto en el año 2004 y 2005 (con

111

consumos promedios anuales de 7,576.0kWh y 7,578.0kWh respectivamente) muestran un comportamiento similar, pero en 2006(con un consumo promedio 14,097.0kWh en los meses facturados) se muestra un aumento casi del doble y un comportamiento diferente. El consumo de energía en los dos primeros años muestra el comportamiento que refleja los meses de mayor actividad y asistencia de usuarios en las épocas de primavera y verano.

El comportamiento del consumo de kWh en 2006 se debe a la misma razón por la que aumentó la demanda máxima (en kW), que es la instalación de un sistema de bombas de calor. Cabe destacar que en el mes de Mayo de 2007 se registró un aumento considerable en el consumo que coincide con la temporada de vacaciones de semana santa, pero puede atribuirse al hecho de que se hizo un consumo excesivo y un desperdicio de energía pues en ese mes no se instaló equipo ni se registraron cambios en la instalación, con un consumo total de 24,125.0kWh.

Cargo Por Energía

$0.00

$5,000.00

$10,000.00

$15,000.00

$20,000.00

$25,000.00

200420052006

Figura 4-4: Cargo por energía en los años 2004, 2005 y 2006

En la gráfica de la figura 4-4 pueden observarse los costos que implicó el aumento del consumo de energía eléctrica, donde en los años 2004 y 2005 los cargos fueron casi iguales, pues en 2004 se tuvo un cargo promedio de $5,258.39 y en 2005 fue de $5,786.47, pero en 2006 el cargo promediado en los meses estudiados fue de $12,307.44. En promedio aumento más del doble, destacando del mes de Mayo de 2006 que se tuvo un cargo de $19,942.81.

La gráfica de la figura 4-5 no muestra los valores de factor de potencia medidos en cada mes, el cual representa un cargo si es menor a 90.0 y a una bonificación si es menor a 90.0. En la gráfica se puede observar que en los años 2004 y 2005 que en los mese de Enero a Abril el valor del factor de potencia es cercano a 90 y en los meses siguientes desciende a un valor cercano de 84 en Diciembre. El valor promedio en 2004 fue de 87.33, en 2005 de 88.41 y en 2006 de 86.22. En 2006 el valor se mantuvo debajo de 90 y todos los meses se

112

tuvieron cargos por factor de potencia además de que se puede observar que se presentaron valores cercanos al promedio sin demasiada variación.

Factor De Potencia

80.00

82.00

84.00

86.00

88.00

90.00

92.00

94.00

Enero

Febrer

oMarz

oAbri

lMay

oJu

nio Julio

Agosto

Septie

mbre

Octubre

Noviem

bre

Diciem

bre

2004

2005

2006

Figura 4-5: Cargos por bajo factor de potencia y bonificaciones por alto factor de potencia en los años

2004, 2005 y 2006

La razón por la que el factor de potencia se mantuvo en valores bajos fue debido al aumento de cargas inductivas en el sistema eléctrico, éstos motores consumen corrientes reactivas para poder funcionar. Esto se debe a la misma causa ya mencionada que fue la instalación de cuatro bombas de calor de 5HP y dos bombas de agua de 2.5HP. El procedimiento para corregir el bajo factor de potencia se detalla en un capítulo aparte.

Cargos Y Bonificaciones Por FP

-$100.00

$0.00

$100.00

$200.00

$300.00

$400.00

$500.00

$600.00

$700.00

Enero Marzo Mayo Julio Septiembre Noviembre

2004

2005

2006

Figura 4-6: Cargos y bonificaciones por factor de potencia en los años 2004, 2005 y 2006.

113

La gráfica de la figura 4-6 nos detalla los cargos y bonificaciones por factor de potencia, en los cuales se puede observar un incremento considerable en 2006. Mientras en 2004 el cargo promedio fue de $215.46 con un costo total $2,585.51 y en 2005 fue de $122.94 con un costo total de $1,475.26 en 2006 se registro un costo promedio de $514.61 y costo acumulado en 10 meses de $5,146.13.

Subtotal Tarifa OM

$0.00

$5,000.00

$10,000.00

$15,000.00

$20,000.00

$25,000.00

$30,000.00

$35,000.00

Enero

Febrer

oMarz

oAbri

lMay

oJu

nio Julio

Agosto

Septie

mbre

Octubre

Noviem

bre

Diciembre

2004

2005

2006

Figura 4-7: Subtotal de tarifa OM en los años 2004, 2005 y 2006

La gráfica de la figura 4-7 nos muestra el subtotal en la tarifa OM en loas años 2004, 2005 y 2006 el cual incluye el cargo por demanda máxima, cargo por energía, cargo por bajo factor de potencia (o bonificación) y el cargo de 2% por baja tensión. Se puede observar que mientras en 2004 y 2005 se tuvo un comportamiento similar a lo largo del año, en 2006 se encontró un comportamiento diferente y más irregular.

En 2004 se tuvo un costo promedio de $9,724.03 y un costo total de $116,688.34 y en 2005 el costo promedio fue de $10,579.76 con un costo anual de $126,957.12. E 2006 el costo promedio en 10 mese fue de $20,352.80 con un costo acumulado de $203,527.96, esto es un aumento del 62% con respecto al año 2005.

114

4.3. Análisis de Los Recibos En Tarifa 02

El contrato con CFE en tarifa 02 con número de servicio 929 861 000 434, consta de una sola carga, un motor de 10HP con un arrancador. Esta bomba tiene la función de extraer agua del pozo y llevarla al tanque que proporciona agua al Club Deportivo, para riego, llenado de las albercas y servicios de baños, lavabos y áreas de vapor.

El comportamiento del consumo de energía depende de la utilización del agua en el club, por eso en los meses de octubre y noviembre baja el consumo total pues al vaciar la alberca esta agua se aprovecha para riego, otra razón por la que baja el consumo de energía, también baja cuando se presentan lluvias.

En cambio en meses secos o en los meses de marzo a agosto, cuando se presente la mayor asistencia de socios y usuarios al club el consumo tiende subir, pues aumenta el uso de agua. Las tablas 4-4, 4-5 y 4-6 muestran los parámetros medios y los cargos en los años 2004, 2005 y 2006.

Mes de Facturación Consumo Total kWh Cargo Por Energía Precio Medio Enero 2,270 $3,665.04 $1.6146 Febrero 1,745 $2,850.26 $1.6250 Marzo 2,215 $3,647.26 $1.6466 Abril 2,460 $4,062.53 $1.6514 Mayo 1,263 $2,155.83 $1.7069 Junio 1,911 $3,449.36 $1.8050 Julio 929 $1,728.22 $1.8603 Agosto 864 $1,646.47 $1.9056 Septiembre 1,120 $2,158.93 $1.9276 Octubre 704 $1,383.93 $1.9658 Noviembre 671 $1,313.88 $1.9581 Diciembre 1,604 $3,117.44 $1.9435 Promedios 1,480 $2,598.26 $1.8009 Totales 17,756 $31,179.15

Tabla 4-4: Parámetros Medidos Y Cargos En El Año 2004 En Tarifa 2

Mes de Facturación Consumo Total kWh Cargo Por Energía Precio Medio Enero 1,360 $2,698.30 $1.9840 Febrero 1,258 $2,549.18 $2.0264 Marzo 1,345 $2,657.85 $1.9761 Abril 1,480 $2,899.06 $1.9588 Mayo 2,007 $3,865.48 $1.9260 Junio 2,134 $4,139.88 $1.9400 Julio 2,379 $4,662.30 $1.9598 Agosto 1,137 $2,254.39 $1.9828 Septiembre 1,457 $2,925.54 $2.0079 Octubre 546 $1,100.63 $2.0158 Noviembre 1,357 $2,745.45 $2.0232 Diciembre 1,846 $3,809.00 $2.0634 Promedios 1,526 $3,025.59 $1.9887 Totales 18,306 $36,307.06

Tabla 4-5: Parámetros Medidos y Cargos en el Año 2005 en Tarifa 2

115

Mes de Facturación Consumo Total kWh Cargo Por Energía Precio Medio

Enero 1,512 $3,247.78 $2.1480 Febrero 1,537 $3,321.46 $2.1610 Marzo 1,855 $3,968.77 $2.1395 Abril 2,399 $5,124.02 $2.1359 Mayo 2,612 $5,487.03 $2.1007 Junio 1,650 $3,537.27 $2.1438 Julio 2,524 $5,628.27 $2.2299 Agosto 1,403 $3,281.06 $2.3386 Septiembre 1,233 $2,943.29 $2.3871 Octubre 337 $805.46 $2.3901 Noviembre Diciembre

Promedios 1,706 $3,734.44 $2.2175 Totales 17,062 $37,344.41

Tabla 4-6: Parámetros Medidos y Cargos en el Año 2006 en Tarifa 2

La gráfica de la figura 4-8 muestra una comparación en los tres años del consumo total en kWh, y como se mencionó el comportamiento varía en cada año dependiendo de las lluvias y el consumo de los usuarios.

Consumo Total

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

Enero

Febr

ero

Marzo

Abril

Mayo

Junio Ju

lio

Agosto

Septie

mbre

Octubr

e

Noviem

bre

Diciem

bre

kWh200420052006

Figura 4-8: Consumo total en tarifa 02 en los años 2004, 2005 y 2006

116

4.4. Análisis de la Nueva Tarifa O-M Contratada a Partir de 2007

Como ya se mencionó se presentó un problema en el cual la demanda máxima rebasó la demanda máxima de 50kW, lo que motivó a una recontratación para un nuevo servicio de 68kW.

El contrato nuevo tiene el número de servicio 929 070 202 360, considerando una carga conectada de 68kW, equivalente al 47 % de la carga total, y una demanda contratada de 68kW. El aumento considerable en la demanda máxima se debe a la instalación del sistema de bombas de calor el cual opera generalmente al 100% con una carga de 20.877kW. Por eso si en 2004 se tuvo una demanda máxima promedio de 41kW, ésta aumento a 51kW en 2006 con valores máximos de 69kW en algunos meses.

Al analizar los siguientes datos de la tabla 4-6 muestran que con éste nuevo contrato ya no se tiene problemas por rebasar la demanda máxima.

Mes de Facturación

Demanda Máxima en

kW Consumo Total kWh % FP % FC Precio

Medio Cargo por Energía

Febrero 42 5,760 91.38 57 $1.1847 $6,830.87 Marzo 47 15,920 91.96 46 $1.2467 $19,847.46Abril 56 18,720 91.81 45 $1.2315 $23,053.68Mayo 56 14,880 91.50 38 $1.3062 $19,436.26

Promedios 50 13,820 91.66 47 $1.2423 $17,292.02Tabla 4-6: Parámetros y mediciones en tarifa O-M en mese del Año 2007

También se logró reducir los cargos por bajo factor de potencia al instalar un banco de capacitores en el sistema de bombas de calor. Cabe destacar que si se piensa ampliar aun más las instalaciones eléctricas del club deportivo se debe contemplar la posibilidad de instalar una nueva subestación con capacidad mayor a los 75kVA instalados, aparte de realizar un nuevo contrato con CFE si la demanda máxima vuelve a ser rebasada.

Una alternativa para mantener la demanda máxima en niveles bajos es operar las cargas más importantes en horarios diferentes, evitar demandas máximas altas.

Otro análisis importante es el costo aproximado de operar la bomba de filtrado de 25 HP (18.64kW), la cual en épocas de mayor afluencia de socios opera todos los días de la semana, con un tiempo aproximado de 18 horas. Si en los meses analizados en 2007 el precio medio es de $1.2423, operación de dicha bomba en un día es de:

81.416$1864.18$2423.1 =×××

HrkWHrkW

En una semana (considerando 4 días) y en un mes se tendrían:

$6,668.96Mespor Costo,667.241$Semanapor Costo

==

117

La propuesta para mejorar dicho sistema se presentarán en el capítulo siguiente. Se debe considerar que en los meses de otoño e invierno se vacía la alberca por lo que opera aproximadamente 8 meses al año, esto es $53,351.00 al año.

Además cuando se instaló el sistema de bombas de calor para la alberca techada se dejó de utilizar diesel y sustituyó por consumo de energía eléctrica, lo que se traduce en un ahorro de $15, 000.00 por mes en compra del combustible. Ahora se tienen 20,87kW consumidos por hora. Lo que en un día significa:

682.466$1887,20$2423.1 =×××

HrkWHrkW

En una semana (considerando 4 días) y en un mes se tendrían:

$7,466.91MesPor Costo,866.731$SemanaPor Costo

==

Lo cual en promedio representa un ahorro de $7,533.09 por mes ($90,397.06 en un año) considerando el costo del diesel.

Analizando el mes de abril donde se consumieron 18.730kWh con un costo de $23,053.68, el costo de las bombas de calor y de la bomba de los filtros ($14,135.87 en ambos) representa el 61%.

El problema persiste al no cambiarse el viejo sistema de filtrado que sigue consumiendo la misma cantidad de energía eléctrica.

118

5. MEJORAS PROPUESTAS

5.1. Mejoras para Reducir las Caídas de Voltaje y Pérdidas en Conductores

Las conclusiones hechas para mejorar las caídas de voltaje en conductores son las siguientes:

Caídas de Voltaje en Bomba del Pozo de Aguas Jabonosas. Se encontró que el área calculada para el calibre del conductor es la correcta (8 AWG), no así en la parte que va de la protección con fusible y el arrancador hasta la bomba sumergible. Pues se calculó un calibre 10 AWG y el instalado es un 12 AWG.

Para calcular la impedancia de ambos conductores se consultará la tabla 4-1 de resistencias y reactancias de conductores.

Calibre AWG Resistencia en Ω/100m Reactancia mínima en Ω/100m

14 1.0 0.0190 12 0.6230 0.0177 10 0.3930 0.0164 8 0.2460 0.0153 6 0.1550 0.0133 4 0.0970 0.0123 3 0.0760 0.0120 2 0.0616 0.0116 1 0.0486 0.0116

1/0 0.0386 0.0113 2/0 0.0306 0.0106

Tabla 5- 1: Resistencia y reactancia de conductores.

Para una distancia de 95 metros se multiplican por 0.95 o sea (95m/100m), ver tabla 5-2.

Calibre AWG Resistencia en Ω Reactancia en Ω 12 0.5919 0.0168 10 0.3734 0.0156 8 0.2337 0.0145

Tabla 5- 2: Resistencias y reactancias para distancia de 95m, calibres 12, 10 y 8 AWG.

Las impedancias se calculan con la fórmula 22LXRZ += , los cálculos y resultados son:

Ω=+=

Ω=+=

Ω=+=

5920.0)0126(.)5919.0(

3737.0)0156(.)3734.0(

2343.0)0168.0()2337.0(

2212

2210

228

Z

Z

Z

119

En este caso se tienen dos tramos uno con cable 8 AWG y otro con 10 AWG. Se calculo la caída de voltaje en los conductores:

VAEVAE

5134.9)07.16)(5920.0(

77.3)07.16)(2343.0(

12

8

===Ω=

Y las pérdidas en potencia consumida que es disipada en forma de calor, son las siguientes:

WWWPPPWAVP

WAVP

T 46.31043.22203.88

43.222)84.0)(07.16)(5134.9(3

03.88)84.0)(07.16)(77.3(3

128

12

8

=+=+===

==

Existe una gran pérdida de energía en el conductor número 12 AWG. Por lo que si se calcula la caída de voltaje y potencia consumida si se sustituye con calibre 10 AWG, se tiene lo siguiente:

WWWPPPWAVP

VAE

T 44.22841.14003.88

41.140)84.0)(07.16)(0053.6(3

0053.6)07.16)(3737.0(

108

10

10

=+=+===

=Ω=

Se perdería 82 watts menos, tomando en cuenta también que al separar dicha instalación de la parte que alimenta a los locales de squash, restaurante y salón de espejos, mas otra de bomba de5 HP, no es necesario sustituir el cable de calibre 8 AWG, pues resulta mas costo, se recomienda sustituir el cable calibre 12 AWG por el de 10 AWG.

Considerando las pérdidas que existen por las derivaciones conectadas a este circuito, donde las caídas son de 6.74 % y 2.26% lo que representan 14.83volts y 4.64volts, respectivamente. Una corriente de 55.08 en el primer tramo de 65 metros y una corriente de 42.08A en el tramo de 28 metros. Se calculara la potencia que se pierde en dichos conductores:

WPPPWAVPWAVP

mmT

m

m

0.850

0.164)84.0)(08.42)(64.4(

0.686)84.0)(08.55)(83.14(

2865

28

65

=+=====

Para el otro conductor se tienen las siguientes pérdidas, con un 7.36% de caída de voltaje que representan 16.20 volts:

WAVP m 572)84.0)(08.42)(20.16(95 ==

En tan solo dos conductores se pierden 850 W cada uno mas 572 W en el otro conductor. Se pierden 2.27kW cuando se operan todas las cargas consideradas, esto lleva a proponer

120

separar dichos circuitos que fueron conectados de manera deliberada. Lo que se propone se trata en el tema siguiente.

Propuesta de Nueva Derivación para el Área de Squash, Salón de Espejo y Restaurante. En esta área se determino calcular circuito nuevo para evitar grandes caídas de voltaje. Se considera un motor de 5 hp, una carga 19.260 kW con un factor de carga de 50% y considerando que todas las cargas en esta área crecerán un 50% en el futuro. El alimentador principal se calculara considerando primero todas las cargas hasta donde esta la derivación para la bomba de riego (47metros), además de un tramo exclusivo para la bomba (40 metros), después se calcularan los cuatro hilos (3 fases y un neutro) considerando cargas balanceadas, en ves de los tres hilos utilizados actualmente (2 fases y un neutro).

La tabla 5-3 enumera la potencia de las cargas en cada lugar, la potencia con factor de demanda de 50% y la potencia considerando un crecimiento del 50%. Sólo a las cargas de alumbrado exterior no se les aplico el FD.

Cargas Potencia en kW

FD de 50%

Crecimiento de 50%

Corrientes (A)

Gimnasio 2.180 1.090 1.635 4.29 Tienda y Palapas 1.280 0.640 0.960 2.52 Iluminación Pasillo 0.420 0.420 0.630 1.65 Squash 9.895 4.950 7.425 19.49 Iluminación Squash 0.210 0.210 0.135 0.354 Salón de Espejos 2.745 1.373 2.060 5.41 Palapa y Juegos 0.730 0.365 0.548 1.44 Restaurante 1.800 0.900 1.350 3.54 Totales 19.260 9.945 14.918 39.15

Tabla 5- 3: Potencias con factor de demanda y crecimiento de 50% en áreas de squash.

La fórmula para calcular la caída de voltaje por tramos es la siguiente:

∑−=

=

=1 ))((2

%nj

Tj jk

jkjk

sIL

VcE

Donde jk son los valores entre un tramo y otro de distancia en metros corriente en amperes

y área del conductor en mm2. Y el valor c es de 3 para sistemas trifásicos y 2 para sistemas de una fase y neutro o de dos fases.

En los dos primeros tramos se tiene una derivación para el gimnasio a 8 m, y luego a 39 m, dos derivaciones alimentan a la tienda y palapas y otra a la bomba de 5 hp. Mientras que la corriente de la bomba es de 13 A. La corriente total se calcula de la siguiente manera:

AIAAIII

T

asCMotorT

4.55

15.39)13)(25.1()25.1( arg

=

+=+=

121

El conductor para esa corriente es el número 6 AWG, pero por la distancia se debe considerar un calibre mayor como el de 4 AWG (21.148mm) o mayor. Considerando que el primer tramo de 8 m conduce 55.4 A y el segundo tramo de 39 m conduce 51.11 A. Hasta ese punto se resta la corriente del motor de 5 hp (1.25x13 A) y de la tienda y palapas (2.52A) para tener un tramo de 21 metros con 32.34 A de corriente hasta la derivación de iluminación de pasillo. El siguiente tramo es de 49 metros a 30.69 A, en esta sección se dan dos derivaciones, de las cuales la que alimenta al squash es la mas importante por tener una carga mayor a las demás zonas se localiza a 82 metros y conduce una corriente de 25.254 A

211.35

)254.25)(82()69.30)(49(

)34.32)(21()11.51)(39()4.55)(8(

)220%)(3(

3)2(

mmS

AmAmAmAmAm

VS

cu

cu

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+++×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Ésta área es mayor que la del conductor número 4 AWG de 21.148mm2 y al 2 AWG de 33.6320 mm2. El conductor apropiado es el número 1/0 AWG de 42.406 mm2, la caída es la siguiente:

%484.2

)254.25)(82()69.30)(49(

)34.32)(21()11.51)(39()4.55)(8(

)220)(406.42(

3)2(2

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+++×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

e

AmAmAmAmAm

Vmme

La caída de voltaje reduce aún mas, aunque implicaría un costo mayor se debe considerar que las áreas del club son extensas y muchas de ellas, como las canchas de básquet, tenis, béisbol no tienen alimentación o ésta es inadecuada, por lo que el crecimiento podría ser aun mayor, el instalar este conductor podría prevenir dichos problemas. También, al instalar dicho conductor se debe observar que en los tramos de 49 metros y de 82 metros, que son los últimos, debe cambiarse la tubería instalada de 1” por una de 2” porque la tabla 2.11 (Cantidad de conductores admisibles en tubería conduit de PVC Rígido Tipo Ligero del libro El ABC de las Instalaciones Eléctricas Industriales) indica que no puede haber mas de 3 conductores 1/0 en tubos de 25mm (1”) y en tubería de 52mm (2”) se admiten hasta 6 conductores (en este caso son 4, 3 fases mas el neutro del mismo calibre) de aislamiento THW.

Para el tramo restante de 40 metros de la bomba se tiene un conductor número 8 AWG de 8.3670mm2.La caída de voltaje sería la siguiente:

%22.1)220)(367.8(

)25.16)(40)(2(32

==VmmAmE

Es recomendable seguir utilizando ese conductor a menos que presente daños en el aislamiento. Se puede considerar instalar un conductor número 10 AWG de 5.2610 mm2, si fuera necesario cambiar los conductores, considerando que la caía de voltaje es la siguiente:

122

%945.1)220)(2610.5(

)25.16)(40)(2(32

==VmmAmE

El tramo que alimenta al restaurante, palapas y juegos, tiene además una derivación para registros que alimentarán a los campos de sóftbol y fútbol sóccer que son considerados en el porcentaje de crecimiento del club deportivo. La carga total es de 1.898 kW con una corriente de 4.98A a una distancia de 90 m. El área de conductor deberá ser de:

2529.3)220%)(2(

)98.4)(90)(2(3 mmV

Amscu ==

El conductor cercano al valor es el número 10 AWG de 5.2610mm, del cual la caída de voltaje en porcentaje sería:

%34.1)220)(2610.5(

)98.4)(90)(2(32

==VmmAme

La caída de voltaje será menor, además de que se dejarán conductores del mismo calibre para alimentar a las zonas de campos de sóftbol y fútbol sóccer.

Para la alimentación del salón de espejos a una distancia de 70 metros y a una corriente de 5.51A, a un caída de 2%, el área del conductor debe de ser de:

20370.3)220%)(2(

)51.5)(70)(2(3 mmV

Amscu ==

El conductor deberá ser el 12 AWG, sin embargo se recomienda el 10 AWG por la razón de que se puede ampliar en el futuro la instalación de alumbrado y contactos para las zonas ya mencionadas. La caída para 10 AWG es:

%154.1)220)(2610.5(

)51.5)(70)(2(32

==VmmAme

Las caídas de voltaje no exceden el 5% total. Se busca aprovechar la tubería instalada, se indicó sólo donde se necesite cambiar tubería.

123

5.2. Mejoras a los Sistemas de Protección Eléctrica, Centros de Carga, Circuitos Derivados y Porcentaje de Desbalance

Las mejoras propuestas en éste capítulo se basan en los datos recabados en los capítulos 3.3 y 3.4

La primera propuesta se enfocará en la protección de circuitos derivados que alimentan a todas las áreas de la instalación que consiste en modificar dicho tablero. El interruptor general puede substituirse por uno de características similares: 350 amperes, 3 polos, 240 Volts, disparo magnético de 3,500 amperes, 42 kA simétricos, 50kA asimétricos. La carga conectada es de 145.511 kW trifásicos, lo que representa una corriente de 381 Amperes en cada fase. Pero la carga conectada considerada es de 68 kW, o sea un factor de demanda de 47 %, por lo que se tiene una corriente máxima de 178 amperes en cada fase. Éste interruptor, en caso de ser necesario se puede sustituir por equivalentes de otras marcas. En este caso puede ser seleccionado un interruptor Square D tipo I-Line Marco L (400 Amperes) como se muestra en la tabla 5-4 del catálogo de interruptores de Square D.

Marco "L" - 400 Amperes I-Line Amperes Disparo magnético amperes

LA Capacidad de interrupción normal (30 [email protected].) Bajo Alto

225 1125 2250

250 1250 2500

300 1500 3000

350 1750 3500

400 2000 4000

LH Capacidad de interrupción normal (35 [email protected].) Bajo Alto

225 1125 2250

250 1250 2500

300 1500 3000

350 1750 3500

400 2000 4000

Tabla 5- 4: Interruptor termomagnético Square D, Marco L, 400A tipo I line.

Aquí se aprecia que se puede seccionar el interruptor de 350 Amperes, con disparo magnético bajo de 1,750 amperes y alto de 3,500 amperes y capacidad interruptiva de 30 kA a 480 VCA.

El centro de carga se seleccionará una vez que sean calculados y seleccionados los interruptores termomagnéticos de cada línea derivada, con esto será posible establecer el número de circuitos derivados o número de interruptores que debe contener y así tener las dimensiones precisas del mismo.

Las protecciones termomagnéticas de los circuitos derivados se seleccionarán tomando en cuenta los calibres de los circuitos y las corrientes de cortocircuito en cada uno de ellos. Se proponen los siguientes interruptores termomagnéticos en la tabla 5-5.

124

Derivación Calibre AWG Corriente del Conductor* Interruptor Marco

Cuarto de Calderas 2 115 100 F (100A)

Oficinas Salón 1/0 150 150 H (150 A)

Cuartos de Vapor 4 85 80 F (100A)

Canchas de Frontón 8 50 50 F (100A)

Áreas de Canchas 1/0 150 150 H (100A)

Bomba de Aguas Jabonosas 8 50 50 F (100A)

Sistema de Filtros 2 115 100 F (100A)

Bombas de Calor 4 85 80 F (100A)

*Se considera conductor THW a 75°C

Tabla 5- 5: Protecciones termomagnéticas recomendadas para los circuitos derivados del sistema.

Los cuales fueron seleccionados del catálogo de interruptores de Square D para montaje tipo I-Line de las tablas 5-6 y 5-7.

Marco "F" - 100 Amperes I-Line

Amperes Disparo magnético amperes

LA Capacidad de interrupción normal (10 [email protected].) Sostiene Dispara

15 275 600

20 275 600

30 275 600

40 400 850

50 400 850

60 800 1450

70 800 1450

80 800 1450

90 900 1700

100 900 1700

Tabla 5- 6 Interruptor termomagnético Square D, Marco F, 100A tipo I line.

Marco "H" - 150 Amperes I-Line

Amperes Disparo magnético amperes

LA Capacidad de interrupción normal (18 [email protected].) Sostiene Dispara

15 350 750 20 350 750 30 350 750 40 400 850 50 400 850 60 800 1450 70 800 1450 80 800 1450 90 800 1450

100 900 1700 125 900 1700

150 900 1700

Tabla 5- 7: Interruptor termomagnético Square D, Marco H, 150A tipo I line.

125

En los catálogos existen una variedad de centros de carga para seleccionar, uno adecuado para este tipo de interruptores es el tablero de distribución I-Line clase 2110, como se muestra en la figura 5-1.

Figura 5- 1: Tablero de distribución I-Line clase 2110.

El cual es adecuado para instalarse en sistemas de corriente alterna con una tensión de operación 600Vca máxima, en sistemas de alimentación 3 fases 4 hilos 60 Hz o en sistemas de corriente directa con una tensión de operación de 250 Vcd. Los tableros son montados en pared.

El interior del gabinete cuenta con un panel ajustable donde se soportan el ensamble de barras, el interruptor principal barra de neutro y los interruptores derivados. Éste se ajusta por medio de tuercas elevadoras para aplicaciones donde el tablero es empotrado en muro.

Propuestas para Mejorar Desbalance, Centros de Carga y Protecciones Eléctricas en Área de Oficinas y Salón. En primer lugar se deberán instalar tableros de distribución para proteger derivaciones que cambian de calibre, pues el interruptor para la derivación no podría protegerlo. En el registro número A3 existen dos derivaciones para el centro de carga de salón de Eventos y para la Capilla

126

Derivación Calibre AWG Corriente del Conductor* Interruptor TIPO

Rango de Interrupción (Amperes)

Salón de eventos 4 85 80 QO 10,000

Capilla 8 50 50 QO 10,000

*Se considera conductor THW a 75°C

Tabla 5- 8: Protecciones termomagnéticas para las derivaciones del registro A3

Los interruptores serán seleccionados del catálogo de Square D “Residencial: Products Catalog”, y los interruptores se muestran en la tabla 5-9.

Tabla 5- 9: Interruptores termomagnéticos QO deSquare D, corto circuito 10,000 A simétricos

Para estos interruptores se debe seleccionar centros de carga tipo QO clase 1130, 1131 y 1170. El centro de carga clase 1130 fue diseñado para requerimientos en áreas industriales, comerciales y residenciales, y contienen desde 2 hasta 42 circuitos en 1, 2 o 3 fases, para interruptores QO de 30 a 400A, soportan un rango de 65kA.

Figura 5- 2: Centro de carga clase 1130 de Square D.

127

Los centros de carga clase 1131 están diseñados para interruptores en caja moldeada, para contener un interruptor tipo QO, sea de 1, 2 o 3 fases.


Los centros de carga clase 1170 se diseñaron para aplicaciones residenciales y contiene desde 2 hasta 42 circuitos en 1, 2 o 3 fases, para interruptores QO de 30 a 225A, soportan un rango de 22kA.


En este caso se recomienda utilizar dos centros de carga clase 1131 para las dos derivaciones.

Para el centro de carga del salón de eventos se recomienda suprimir el interruptor de 100 A y 3 polos, que no protege a ningún conductor. Así el centro de carga debe ser alimentado

128

por la línea (ya protegida) y tener sólo una derivación para el interruptor termomagnético especial para conjuntos musicales.

En el centro de carga de oficinas y pasillo se tiene una derivación de cuatro conductores calibre 4 AWG(3 fases y un neutro) para el restaurante-billar, sin protección termomagnética para los conductores, por lo que se recomienda instalar un interruptor termomagnético tipo QO de 80A, 3 polos, con un centro de carga QO clase 1131.

En el centro de carga del restaurante-billar también debe instalarse una protección termomagnética para una derivación a la alberca techada, ésta derivaron es de cuatro conductores calibre 8 AWG. Por lo que se instalará un interruptor de 50 A, 3 polos, tipo QO en un centro de carga QO clase 1131.

En lo que respecta a los niveles de desbalance en esta derivación, en todos sus tableros se recomiendan hacer las siguientes recomendaciones:

En el centro de carga del área de oficinas presenta un desbalance de 131% por lo que se recomienda hacer un intercambio de circuitos entres las fases, en los circuitos número 10 y 21 se recomienda separar las cargas en dos circuitos, uno para alumbrado y el otro para contactos para si reducir la corriente de los circuitos que son protegidos por interruptores termomagnéticos de 50A. Los cambios permiten reducir el desbalance a un 1.25%

Aparte de estos dos circuitos y la manipulación de los demás para intercambiarlos entre fases, se recomienda una limpieza para quitar polvo y basura. En caso de que se decida cambiar dicho centro de cargase recomienda el tipo QO clase 1130 con interruptores tipo QO.

La recomendación de cómo se deben reacomodar los circuitos y el desbalance que se reduce se muestra en un tablas similares a las del censo de carga pero con las modificaciones recomendadas para el intercambio de circuitos y de cargas, también se muestra los cambios en CCM. Además se muestra un diagrama nuevo unifilar con las modificaciones propuestas en todos los circuitos derivados. Todo esto se presenta al final de éste capítulo.

Para el tablero de “salón de eventos” donde se registra un desbalance de 58% este puede ser reducido a un 3.58%. Esto se logra moviendo algunos circuitos para cambiarlos de fase, aquí no será necesario seccionar circuitos, como se propone en el centro de carga anterior. Se propone suprimir el interruptor termomagnético de 100 A, tres polos, pues es demasiado grande para proteger a dicho tablero. Mientras que el interruptor especial para la salida de conjuntos musicales se recomienda mantenerlo. El tramo de cable de calibre 2 AWG se debe suprimir y dejar el mismo calibre de conductor 4 AWG; ésta situación evidencia malas reparaciones de técnicos o instaladores hechas deliberadamente o por ignorancia.

Para el tablero de restaurante-billar se reduce el desbalance de 85.9 a 3.3% sólo moviendo los circuitos entre las fases. Se debe dar mantenimiento al tablero para limpiarlo de polvo y grasas, aunque también es recomendable cambiarlo por uno nuevo debido a que presenta falsos contactos debido al deterioro del tablero.

129

En el tablero de la “alberca techada” no se proponen cambios de circuitos, pero si se debe sustituir todo el centro de carga por uno nuevo pues la humedad ha oxidado el metal. Existen muchos interruptores sin utilizar debido a que se cambió el tipo de iluminación y se conectaron lámparas reflectoras de 100 Watts. Se recomienda que en el nuevo tablero todas las cargas se incluyan en el mismo, pues el interruptor termomagnético de las lámparas reflectoras se encuentra conectado de manera incorrecta.

El interruptor de la capilla debe ser modificado totalmente y aprovechar las tres fases y el neutro que se distribuyen a ésta área, pues sólo se utilizan dos fases y el neutro con un desbalance de 29.7%. Se propone un tablero trifásico con los mismo interruptores termomagnéticos de 20 A un polo. Aun así sólo se puede reducir el desbalance a un 17.5% y se presentan mas dificultades para seccionar los circuitos. Debe revisarse toda la instalación del local porque se localizaron fallas por cortocircuito y darles el mantenimiento pertinente. Los cambios propuestos permitirán tener un desbalance de 1.89%.

Propuestas para Mejorar Desbalance, Centros De Carga y Protecciones Eléctricas en Área de Cuartos de Vapor. De manera general esta zona presenta deterioro por la humedad de los locales. Se debe tomar en cuenta que en está área todos los centros de carga, conductores e interruptores termomagnéticos se desgastarán más rápidamente que en otras partes, por lo que se deben cambiar mas frecuentemente los elementos que constituyen la instalación eléctrica. Una alternativa es buscar en el mercado elementos para instalaciones eléctricas diseñados para soportar más humedad y vapor. Así, se propone cambiar todos los tableros localizados en ésta área, así como revisión de cableado dañado.

En el tablero para cuartos de vapor mujeres, planta baja, se propone cambiar los circuitos en diferentes fases pero esto repercutirá en forma general, en el tablero permanece el desbalance 10.07%. De este centro de carga derivan los circuitos que alimentan a los demás tableros, sin protección termomagnética alguna. Así para la derivación de 3 conductores 4 AWG (dos fases y un neutro) se debe instalar un interruptor de 80 A de 2 polos; para la otra derivación de 3 conductores 8 AWG se de instalar un interruptor termomagnético de 50 A de 2 polos.

Otro problema en estas derivaciones es que se encuentran conectadas en dos polos, B y C, por lo que se propone que la derivación de 4 AWG deberá ser trifásica con un neutro, con el mismo calibre de conductores para ampliaciones futuras.

Esta derivación mencionada llega al tablero de guarnición-bar, donde se distribuye a los tableros de baños de vapor mujeres, planta alta, y baño de vapor hombres, planta alta.

En el tablero de guarnición bar no se proponen cambios en los circuitos y se mantiene el desbalance en 50% así como en centro de carga para baños de vapor hombres, planta alta. En el de baños de vapor mujeres, planta alta, cambiando circuitos se puede reducir el desbalance de un 120.58% a un 13.7%.

En la segunda derivación que sólo alimenta al tablero de baños de vapor hombres, planta baja, el intercambio de fases en los circuitos reduce el desbalance de 67.2% a un 14.47%. Y

130

se recomienda conectar las dos fases de la derivación a las asignadas como C y A. De manera general el desbalance se puede reducir de un 167.22% a un 3.14%.

Propuestas Para Mejorar Desbalance, Centros de Carga y Protecciones Eléctricas en Área de Calderas de Vapor. En este local los cambios se deben centrar en la limpieza del mismo y en el cambio de algunos elementos de protección eléctrica que constituyen un peligro para quienes trabajan en ésta área; también se propondrá un interruptor general. Para el interruptor general se utiliza la fórmula:

∑∑ ++= CARGAS OTRASPCMAYOR PCM IMOTORES OTROS II 1.25Amp I

Así se calcula la corriente:

AIAAAI

INT

INT

78.50

33.96.38.68.13)8.13(25.1

=++++=

Se recomienda un interruptor termomagnético de 50 A de 3 polos. Para las áreas alimentadas por este sistema para contactos y alumbrado se recomienda intercambiar las fases para reducir el desbalance de un 79.8% a un 14.47%. Además de proteger las líneas de distribución con dos interruptores, uno de 30 A de 1 polo para el conductor de 10 AWG y uno de 30 A de 3 polos para los conductores calibre 12 AWG.

Figura 5- 5: Protección de fusibles para las bombas de 5 HP.

La protección de fusibles para los arrancadores (figura 5-5) de las 2 bombas de 5 HP sobrepasa los valores calculados de 31.05 A. Además, como se muestra en la fotografía, su diseño es peligroso para quienes operan dichos elementos. Se propone instalar un

131

interruptor de 30 A de 3 polos. Se debe aclarar que todos los interruptores y sus centros de carga o gabinetes propuestos serán seleccionados de los catálogos ya mencionados. Para los otros interruptores de 30 A y tres polos se recomienda dejarlos.

Propuestas Para Mejorar Desbalance, Centros de Carga y Protecciones Eléctricas en Área de Filtros de Alberca. En el capítulo del “Análisis de Eficiencia en Sistemas de Bombeo y Filtrado de Albercas y Calderas” se determinó que el actual sistema de filtrado de albercas debe ser sustituido por un sistema nuevo y mas eficiente. Ante esto, la bomba de 25 HP debe ser cambiada y en su lugar se instalarán 6 bombas de 3 HP con filtros independientes, más otras cargas como una bomba para aspirar el fondo de la alberca de 2 HP, todo esto requiere de instalar un CCM para las bombas. Además, debe incluir el tablero para alumbrado de la alberca, otras bombas auxiliares y otro tipo de cargas y contactos. Para que la descripción de mejoras sea completa se presentarán en las “Propuestas para Sistemas de Bombeo y filtrado de Albercas y Calderas”

Se mencionará que también deben intercambiarse circuitos en los interruptores instalados para reducir el desbalance actual y que se debe instalar una protección termomagnética en los conductores para la salida de la bomba.

En la situación actual una protección general para ésta área debe ser de 100 A de 3 polos, calculado de la siguiente manera:

AIAAAI

INT

INT

27.99

47.58.13)64(25.1

=++=

Propuestas Para Mejorar Desbalance, Centros de Carga y Protecciones Eléctricas en la Bomba de Área de Aguas Jabonosas. Como se mencionó varias veces, de éste sistema se derivó inapropiadamente el cableado para alimentar a la zona de canchas, squash y restaurante causando una caída de voltaje de 6.74% por lo que se recomienda desconectarlo de estos conductores y dejarlo simplemente funcionando para lo que fue calculado así el desbalance será de un 0%.

Propuestas Para Mejorar Desbalance, Centros de Carga y Protecciones Eléctricas en la Derivación para Áreas de Squash, Restaurante y Canchas. Ya mencionada la situación actual, para esta área se propuso en el capitulo anterior instalar un conductor 1/0 AWG para la distribución principal de la energía en éste sector, así como la instalación de protecciones termomagnéticas para los conductores de diversos calibres.

Para reducir el desbalance de 105.56% a un 1.26% se deben cambiar circuitos entre las fases y en algunos casos sustituir tableros de 2 fases por unos de 3 fases, pero se recalca que se debe cambiar el sistema por uno de 3 fases y 1 neutro (4 hilos) recomendado anteriormente.

Recurriendo al diagrama unifilar y la numeración de los registros se realizará la descripción de los cambios y mejoras propuestas.

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En primer lugar la derivación para el centro de carga del gimnasio deberá ser incluido en la derivación del registro C1, conservando los tres hilos (2 fases y un neutro) calibre 8 AWG en tubería de 1 pulgada. Dicha derivación debe tener una protección termomagnética para los conductores de 50 A de 2 polos, las fases que deben ser conectadas son la B y C.

En el registro C4 existen dos derivaciones. La primera derivación trifásica de 3 conductores 8 AWG y un neutro de 10 AWG, con una distancia de 24 metros hasta el registro D1 y una distancia 16 metros hasta la bomba para riego, conservando el mismo calibre y tubería de 1 ½ pulgada. Se determinó que deben permanecer los conductores actuales y que se instalará una protección termomagnética para los mismos en el registro C4 de 50 A de 3 polos.

La segunda derivación es para alimentar el área de palapas y tienda que se conecta al registro B1 y de ahí se distribuye a las cargas. Debe instalarse una protección termomagnética para los conductores, 3 fases calibre 8 AWG y un neutro calibre 10 AWG, de 50A de 3 polos. Para los interruptores de palapas y tienda deben conectarse en dos fases diferentes (A y B) para mejorar el desbalance en interruptores termomagnéticos de 15A. Debe de darse mantenimiento de limpieza a este sector y retirarse cableado que ya no se utiliza.

Del registro C6 existe una derivación para las lámparas de iluminación del pasillo en las canchas de tenis. Son alimentados por 3 conductores calibre 10 AWG (2 fases y 1 neutro) en tubería de 1 pulgada. Se recomienda conectarla a la fase B.

Del registro C7 derivan una serie de registros numerados desde C15 hasta C20 con 153 metros de distancia de 2 conductores calibre 8 AWG (1 fase y 1 hilo), se propone cambiarlo por 3 conductores calibre 8 AWG (2 fases y 1 hilo) pues se prevé que pueda instalarse iluminación para las canchas de tenis, lámparas de 220V, o para facilitar el balance entre las cargas que puedan instalarse. Además debe de instalarse una protección termomagnética para los conductores de 50A de 2 polos.

Del registro C8 derivan conductores para el área de restaurante y palapas más otro registro C23 instalado para la ampliación de la instalación en áreas de canchas sóftbol. La derivación es de 2 fases y 1 neutro calibre 8 AWG a 90metros de distancia hasta el registro C21, debe instalarse una protección termomagnética de 50A de 2 polos en C8.

En el registro C21 debe instalarse una protección termomagnética para los conductores que se dirigen al registro C23, que son dos conductores calibre 10 AWG (1 fase y 1 neutro), esta debe ser de 30A 1 polo. Las fases a las que se deben conectar son la C y la A

Otra derivación en el registro C21 alimenta a un local de palapas y juegos, y debe conectare a la fase A. La otra derivación se conecta al registro C22 con 2 conductores calibre 8 AWG (1 fase y 1 neutro) que se propone sean cambiados por 3 del mismo calibre (2 fases y un neutro) para facilitar al balance en dicha zona. En el registro C22 se propone instalar un conductor de más calibre 10 AWG junto con una protección termomagnética de 30A 2 polos. Esta línea alimenta al centro de carga del restaurante del cual se propone que debe estar alimentado por dos fases en vez de una, aunque el desbalance sería de 120%, facilita el balanceo de manera general. Las fases conectadas deberán ser la C y la A

133

En el registro C11 se presentan dos derivaciones, la primera para alumbrado exterior del área de squash que deberá ser conectada a la fase C y el neutro.

La segunda derivación alimenta al edificio de squash, por medio de 3 conductores calibre 8 AWG (2 fases y 1 neutro) en tubería de 1 pulgada a 30metros de distancia, se propone instalar 4 conductores calibre 8 AWG (3 fases y 1 neutro) y cambiar el centro de carga actual de dos fases por uno trifásico que permitiría futuras ampliaciones. El desbalance en dos fases es de 28.8% y en tres fases será de 20.52%.

El registro C13 se tiene una derivación para el salón de espejos a 25 metros de distancia, se propone cambiar las fases conectadas en el tablero de B y C a C y A,. el desbalance permanecerá en 120% mas sin embargo facilita el balanceo general.

Propuestas Para Mejorar Desbalance, Centros de Carga y Protecciones Eléctricas en la Derivación para Bombas de Calor. Ésta derivación recientemente instalada requiere el cambio de toda la instalación pues la actual fue hecha de manera incorrecta, incluso los correctivos hechos no mejoraron nada la situación.

El sistema automático de las bombas de calor contiene en su interior sensores para activarlas en cuanto baja la temperatura de la alberca techada, además de sensores de temperatura exterior, todos ellos activan al arrancador de contactores interno. Dicho sistema requiere de protecciones termomagnéticas

Se propone instalar un tablero como centro de carga para agrupar todos los interruptores termomagnéticos y de ahí derivar los circuitos que alimentan a las bombas de calor y bombas de agua. Además se debe recordar el problema de desbalance que presentó el sistema que es de un 75%, y se redujo a un 10 % mediante el intercambio de fases en los circuitos. La corrección se realizó conectando los aparatos en el orden siguiente:

• Bomba de agua No. 1: Secuencia AB • Bomba de Calor No. 1-A: Secuencia CAB, ventilador con secuencia AB • Bomba de Calor No. 1-B: Secuencia BCA, ventilador con secuencia CA • Bomba de agua No. 2: Secuencia BC. • Bomba de Calor No. 2-A: Secuencia ABC, ventilador con secuencia BC • Bomba de Calor No. 2-B: Secuencia BCA, ventilador con secuencia CA.

La figura 5-6 nos muestra como se conectó y las mediciones hechas al mismo.

134

Figura 5-6: Conexión modificada del sistema de bombas de calor entre fases A, B y C.

Ahora bien, para la mejora de la instalación se propone instalar un centro de carga, tipo QO, clase 1130. Con un interruptor termomagnético general que deberá ser calculado con la siguiente fórmula:

AIAAAI

INT

INT

18.76

93.3)17(3)17(25.1

=++=

Por lo tanto debe instalarse un interruptor termomagnético general de 70A de 3 polos. Los interruptores termomagnéticos encontrados en la instalación son compatibles con el tablero tipo QO y se pueden volver a utilizar. El manual de instalación recomienda instalar conductor calibre 8 AWG, siempre y cuando la distancia entre el centro de carga y la bomba de calor no supere los 15metros, lo cual aquí no se presenta. Para las bombas de agua se recomienda conductor calibre 12 AWG. Se recomienda instalar tubería conduit a prueba de agua pues éste sistema se encuentra a la intemperie.

Se recomienda instalar 4 tuberías para contener tres conductores para cada bomba de calor y dos tuberías de dos conductores para las bombas de agua. Para contener 3 conductores calibre 8 AWG la tubería mínima es de ½ pulgada. Para dos conductores calibre 12 AWG también la mínima es de ½ pulgada mas el conductor de tierra.

135

Si se desea contener 6 conductores calibre 8 AWG mas dos calibre 12 AWG se recomienda tubería de 1 pulgada, para dividir la instalación en dos partes, de 2 bombas de calor y 1 bomba de agua, como se encuentra actualmente y se debe considerar la tierra.

Tablas de Resultados Generales. En la tabla 5-10 y 5-11 se muestran los resultados generales que se esperan al realizar las modificaciones recomendadas. En ellas se puede encontrar que el desbalance total del sistema de 61.96% se puede reducir a un valor de 1.69%.

POTENCIAS POR FASE ÁREA


(WATTS) A B C DESBALANCE

EN %

OFICINAS Y SALÓN

OFICINAS 13.235 4.435 4.380 4.420 1,25%

SALÓN DE EVENTOS 10.718 3.520 3.550 3.648 3,58%

RESTAURANT Y BILLAR 5.030 1.710 1.655 1.665 3,28%

ALBERCA TECHADA 4.185 1.185 1.500 1.500 22,58%

CAPILLA Y SACRISTIA 4.110 1.450 1.450 1.210 17,52%

TOTAL 37.278 12.300 12.535 12.443 1,89% CUARTOS DE VAPOR

VAPOR MUJERES PB 2,830 935 995 900 10.07%

VAPOR MUJERES PA 4,155 1,935 2,220 13.72%

GUARNICIÓN-BAR 2,880 1,800 1,080 50.00%

VAPOR HOMBRES PA 3,070 1,215 1,855 41.69%

VAPOR HOMBRES PB 2,350 1,090 1,260 14.47%

TOTAL 15,285 5,175 5,015 5,095 3.14% CALDERAS Y AGUA CALIENTE

GENERACIÓN DE VAPOR 7,088 1,867 2,660 2,560 33.56%

BOMBAS DE AGUA 8,980 2,993 2,993 2,993 0.00%

TOTAL 16,068 4,861 5,654 5,554 14.81% FILTROS DE ALBERCA

FILTRADO DE ALBERCA 21,188 7,063 7,063 7,063 0.00%

TABLERO ILUMINACIÓN ALBERCA 1,260 420 420 420 0.00%

OTRAS CARGAS 5,315 2,037 1,497 1,782 30.48%

TOTAL 27,763 9,519 8,979 9,264 5.84% BOMBA AGUAS JABONOSAS


TOTAL 4,490 1,497 1,497 1,497 0.00% SQUASH, RESTAURANTE Y CANCHAS

GIMNASIO 2,180 1,090 1,090 0.00%

BOMBA DE RIEGO 4,490 1,497 1,497 1,497 0.00%

PALAPAS Y TIENDA 1,280 380 900 81.25%

LAMPARAS PASILLO 420 420 0.00%

SQUASH 9,895 2,960 2,960 3,975 20.52%

LÁMPARA EXTERIOR SQUASH 210 210 0.00%

SALÓN DE ESPEJOS 2,745 1,665 1,080 42.62%

PALAPAS Y JUEGOS 730 730 0.00%

RESTAURANT 1,800 720 1,080 120.00%

TOTAL 23,750 7,952 7,947 7,852 1.26% BOMBAS DE CALOR

BOMBAS DE CALOR 20,877 7,207 6,462 7,207 10.71%

Tabla 5- 10: Resultados de % de desbalance esperados con las correcciones propuestas.

136

POTENCIAS POR FASE

TOTALES

POTENCIA TOTAL


A B C

DESBALANCE EN %

OFICINAS Y SALÓN 37,278 12,300 12,535 12,443 1.89%

CUARTOS DE VAPOR 15,285 5,175 5,015 5,095 3.14%

CALDERAS Y AGUA CALIENTE 16,068 4,861 5,654 5,554 14.81%

FILTROS DE ALBERCA 27,763 9,519 8,979 9,264 5.84%


SQUASH, RESTAURANTE Y CANCHAS 23,750 7,952 7,947 7,852 1.26%

BOMBAS DE CALOR 20,877 7,207 6,462 7,207 10.71%

TOTAL 145,511 48,511 48,088 48,912 1.69%

Tabla 5- 11: Porcentaje de desbalance total esperado con las modificaciones propuestas.

Ahora se presentan las tablas que presentan los cuadros de carga, de tableros, CCM, y centros de carga. En ellos se puede realizar la comparación con el censo de carga anterior y las fases a las que se recomienda deben ser conectado cada circuito.

137

CENTROS DE CARGA EN ÁREAS DE OFICINAS Y SALÓN DE EVENTOS OFICINAS

ELEMENTO 2 x 75 W 2 x 40 W 2 x 20 W

100

40


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 185 95 50 300 100 40 80 180

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO

FASE

A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 24 960 960 8 20 CIRCUITO No. 2 1 100

Fase A 100 1

20 CIRCUITO No. 3 24 960 960 8 20 CIRCUITO No. 4 4 2 480

Fase B 480 4


Fase C 400 3


Fase A 300 2

20 CIRCUITO No. 9 13 2,340 2,340 18 20 CIRCUITO No. 10 0

Fase B 0 0

20 CIRCUITO No. 11 4 720 720 6 20 CIRCUITO No. 12 8 1,440

Fase C 1,440 11

20 CIRCUITO No. 13 5 500 500 4 20 CIRCUITO No. 14 0

Fase A 0 0

20 CIRCUITO No. 15 0 0 0 20 CIRCUITO No. 16 0

Fase B 0 0

20 CIRCUITO No. 17 1 1 4 2 1 840 840 7 20 CIRCUITO No. 18 3 300

Fase C 300 2

20 CIRCUITO No. 19 3 300 300 2 20 CIRCUITO No. 20 1 3 3 1 715

Fase A 715 6


Fase B 0 0


Fase C 0 0

2 X 20 CIRCUITO No. 25-27 4 1,200 Fase A -B 600 600 5 20 CIRCUITO No. 26 0 Fase A 0 0 20 CIRCUITO No. 28 0 Fase B 0 0

TOTALES 370 95 150 1,200 3,000 3,760 160 4,500 13,235 4,435 4,380 4,420 104 % DESBALANCE 1.25%

VMFalcon

Text Box

138

SALÓN DE EVENTOS

ELEMENTO 2 x 40 W 60

40

1 hp POTENCIAS POR FASE INTERRUPTOR


POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO

FASE

A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 32 1,280 1,280 10 20 CIRCUITO No. 2 24 960

Fase A 960 8

20 CIRCUITO No. 3 2 16 830 830 7 20 CIRCUITO No. 4 18 720

Fase B 720 6


Fase C 293 2.1

20 CIRCUITO No. 7 4 5 1,280 1,280 10 20 CIRCUITO No. 8 0

Fase A 0 0


Fase B 720 6

20 CIRCUITO No. 11 24 960 960 8 20 CIRCUITO No. 12 1 2 5 1,115

Fase C 1,115 9


Fase A 0 0


Fase B 0 0


Fase C 0 0

3 X 100 TOTALES 665 120 7,840 293 1,800 10,718 3,520 3,550 3,648 84 DESBALANCE 3.58%

RESTAURANTE Y BILLAR

ELEMENTO



POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO

A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 2 360 360 2.83 20 CIRCUITO No. 2 2 2 4 1,030 1,030 8.11 20 CIRCUITO No. 3 7 1,295 1,295 10.20 20 CIRCUITO No. 4 2 360 360 2.83 20 CIRCUITO No. 5 4 740 740 5.83 20 CIRCUITO No. 6 5 925 925 7.28 20 CIRCUITO No. 7 2 160 160 1.26 20 CIRCUITO No. 8 2 160 160 1.26 20 CIRCUITO No. 9 0 0 0.00 20 CIRCUITO No. 10 0 0 0.00

TOTALES 2,960 190 120 1,440 320 5,030 1,710 1,655 1,665 39.61 DESBALANCE 3.3%

VMFalcon

Text Box

139

ALBERCA TECHADA

ELEMENTO



POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 3 285 285 2.24 20 CIRCUITO No. 2 5 900 900 7.09 20 CIRCUITO No. 4 20 CIRCUITO No. 5 20 CIRCUITO No. 6 20 CIRCUITO No. 6 20 CIRCUITO No. 7 20 CIRCUITO No. 8

2 X 20 CIRCUITO 3 3,000 1500 1500 13.64 TOTALES 4,185 1185 1,500 1500 22.97

DESBALANCE 22.6%

CAPILLA

ELEMENTO

POTENCIAS POR FASEINTERRUPTOR

(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 185 95 60 180

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO A B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 2 6 1,450 1,450 11.42 20 CIRCUITO No. 2 0 0 0.00 20 CIRCUITO No. 3 2 16 1,150 1,150 9.06 20 CIRCUITO No. 4 5 300 300 2.36 20 CIRCUITO No. 5 2 2 5 1,210 1,210 9.53 20 CIRCUITO No. 6 0 0 0.00

TOTALES 370 380 1,380 1,980 4,110 1,450 1,450 1210 32.36 DESBALANCE 17.5%

VMFalcon

Text Box

140

CENTROS DE CARGA DE DERIVACIÓN PARA CUARTOS DE VAPOR CUARTOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA BAJA)


POTENCIAS POR

FASE INTERRUPTOR (AMPERES)



FASE

A B C

AMP


Fase A 180 1.42

CIRCUITO No. 3 0 0 0.00 15 CIRCUITO No. 4 1 6 1 635

Fase B 635 5.00


Fase C 360 2.83


Fase A 300 2.36


Fase B 180 1.42


Fase C 180 1.42

15 CIRCUITO No. 13 1 95 95 0.75 15 CIRCUITO No.14

Fase A

TOTALES 190 2,460 180 2,830 935 995 900 DESBALANCE 10.07%

BAÑOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA ALTA)

ELEMENTO 2 x 75 W 2 x 40 W 60

POTENCIAS POR

FASE INTERRUPTOR (AMPERES)

POTENCIA (WATTS) 185 95 60 180


FASE

A B

AMP

15 CIRCUITO No. 1 6 1,110 1,110 8.74 15 CIRCUITO No. 2 3 3 2 825

Fase A 825 6.50

15 CIRCUITO No. 3 12 2,220 2,220 17.48 15 CIRCUITO No. 4 0

Fase B 0 0.00

TOTALES 3,330 285 180 360 4,155 1,935 2,220 DESBALANCE 13.72% GUARNICIÓN-BAR

ELEMENTO 60




FASE

B C

AMP

20 CIRCUITO No. 1 6 1,080 1,080 8.50 30 CIRCUITO No. 2 12 720

Fase A 720 5.67

15 CIRCUITO No. 3 6 4 1,080 1,080 8.50 15 CIRCUITO No. 4 0

Fase B 0 0.00

TOTALES 1080 1800 2,880 1,800 1,080 DESBALANCE 50.00%

VMFalcon

Text Box

141

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA ALTA)

ELEMENTO 2 x 75 W 2 x 40 W 60



POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO

FASE

C A

AMP

30 CIRCUITO No. 1 9 2 1,855 Fase A 1,855 14.61 30 CIRCUITO No. 2 9 6 1,215 Fase B 1,215 9.57 TOTALES 1,665 1,045 360 3,070 1,855 1,215

DESBALANCE 41.69%

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA BAJA)





FASE

C A

AMP


Fase A 180 1.42

15 CIRCUITO No. 3 2 2 310 310 2.44 15 CIRCUITO No. 4 3 180

Fase C 180 1.42


Fase A 0 0.00


Fase C 300 2.36

TOTALES 190 1,260 900 2,350 1,260 1,090 DESBALANCE 14.47%

CENTROS DE CARGA PARA CALDERAS Y AGUA CALIENTE CARGAS PARA GENERACIÓN DE VAPOR Y OTRAS ÁREAS

ELEMENTO MOTORES 2 x 75 W POTENCIAS POR FASE


IDENTIFICACIÓN FASES HILOS HP CORRIENTE NOMINAL

CORRIENTE ARRANQUE 185 95 180 60

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO A B C

AMP

3 x 30 INTERRUPTOR PRINCIPAL 3 1 735 735 5.79

3 3 2 6.8 39 1844 615 615 615 6.80 3 x 30 CIRCUITO

3 3 1 3.6 21 953 318 318 318 3.60 1 2 1 3.6 21 993 993 3.60

1 x 30 CIRCUITO 1 2 1 3.6 21 993 993 3.60

3 x 30 4 2 935 935 7.36 1 x 30 1 3 635 635 5.00

TOTALES 555 95 1,440 120 7,088 1867 2660 2560 DESBALANCE 33.56%

VMFalcon

Text Box

142

BOMBAS DE AGUA PARA CUARTOS DE VAPOR



CORRIENTE ARRANQUE

ARRANCADOR NEMA


3 x 30 FUSIBLE GENERAL 3 4

3 x 30 CIRCUITO 3 3 5 13.8 181.8 1 - PC 4,490 3 x 30 CIRCUITO 3 3 5 13.8 181.8 1 - PC 4,490

TOTALES 8,980

CENTROS DE CARGA DE BOMBAS Y FILTROS BOMBA FILTRADO DE ALBERCA

ELEMENTO MOTORES INTERRUPTOR (AMPERES) IDENTIFICACIÓN FASES HILOS HP CORRIENTE


ARRANCADOR NEMA


3 x 70 BOMBA FILTROS 3 3 25 64 568 1-PC 21,188

TABLERO ILUMINACIÓN DE ALBERCA

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 210


(WATTS) FASE

A-B B-C C-A

AMP

20 CIRCUITO No. 1 1 210.0 210 0.95 20 CIRCUITO No. 2 1 210.0

Fase A-B 210 0.95


Fase B-C 210 0.95


Fase C-A 210 0.95

TOTALES 1,260 1,260.0 420 420 420 DESBALANCE 0.00%

OTRAS CARGAS

ELEMENTO MOTORES POTENCIAS POR FASE INTERRUPTOR


NOMINAL CORRIENTE ARRANQUE 95.0 180.0


AMP

3 x 30 0

3 x 30 PARA VACIADO DE ALBERCA 3 3 5 13.8 113 4,490 1,497 1,497 1,497 13.80

3 x 30 3 285 285 2.24 3 x 30 3 540 540

TOTALES 285 540 5,315 2,037 1,497 1,782 DESBALANCE 16.09%

VMFalcon

Text Box

143

DERIVACIÓN PARA BOMBA DE AGUAS JABONOSAS BOMBA DE AGUAS JABONOSAS

ELEMENTO MOTORES INTERRUPTOR (AMPERES) IDENTIFICACIÓN FASES HILOS HP CORRIENTE


ARRANCADOR NEMA


(WATTS) 3 x 70 BOMBA AGUAS 3 3 5 15.2 90 1-PC 4,490

DERIVACIÓN PARA ÁREAS DE SQUASH, RESTAURANTE Y CANCHAS BOMBA PARA RIEGO



CORRIENTE ARRANQUE

ARRANCADOR NEMA


3 x 70 BOMBA RIEGO 3 3 5 13 102.27 NO 4,490

PALAPAS Y TIENDA

ELEMENTO 2 x 40 W

POTENCIAS POR FASE AMP INTERRUPTOR


POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO A B

15 CIRCUITO No.1 4 380 380 2.99 0 CIRCUITO No.2 0 0 15 CIRCUITO No.3 5 900 900 7.08 0 CIRCUITO No.4 0 0 0.00 30 TOTALES 380 900 1,280 380 900

LÁMPARAS PASILLO

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA (WATTS) 210

POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO B

AMP

15 CIRCUITO No. 1 1 210 210 1.65 15 CIRCUITO No. 2 1 210 210 1.65 TOTALES 420 420 420

LÁMPARA EXTERIOR SQUASH

ELEMENTO


(AMPERES) POTENCIA

(WATTS) 210

POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO C

AMP

15 CIRCUITO No. 1 1 210 210 1.65 TOTALES 210 210 210

VMFalcon

Text Box

144

SQUASH


POTENCIAS POR FASE



POTENCIA TOTAL

DEL CIRCUITO

FASE

A B C

AMP

30 CIRCUITO No. 1 16 2,960 2,960 23.31 30 CIRCUITO No. 2 0

Fase A 0 0.00

30 CIRCUITO No. 3 16 2960 2,960 23.31 30 CIRCUITO No. 4 0

Fase B 0 0.00

30 CIRCUITO No. 5 15 2700 2,700 21.26 30 CIRCUITO No. 6 3 12 1,275

Fase C 1,275 10.04

TOTALES 6,475 2,700 720 9,895 2,960 2,960 3,975 DESBALANCE 30.77%

SALÓN DE ESPEJOS

ELEMENTO 2 x 75 W



POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO A B

AMP

15 CIRCUITO No. 1 9 1,665 1,665 13.11 15 CIRCUITO No. 2 6 1,080 1,080 8.50 TOTALES 1,665 1,080 2,745 1,665 1,080

DESBALANCE 42.62%

PALAPA Y JUEGOS

ELEMENTO 2 x 75 W



POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO A

AMP

20 CIRCUITO No. 1 2 370 370 2.91

20 CIRCUITO No. 2 2 360 360 2.83

TOTALES 370 360 730 730

RESTAURANTE

ELEMENTO 60




C A

AMP

15 CIRCUITO No. 1 12 720 720 5.67 CIRCUITO No. 2 0 0 0.00 CIRCUITO No. 3 6 1,080 1,080 8.50

15 CIRCUITO No. 4 0 0 0.00 TOTALES 720 1,080 1,800 1,080 720

DESBALACE 120%

VMFalcon

Text Box

145

GIMNASIO

ELEMENTO 2 x 75 W




FASE

B C

AMP


Fase A 370 2.91


Fase B 370 2.91

TOTALES 740 1440 2,180 1,090 1,090 DESBALANCE 0.00%

SISTEMA DE BOMBAS DE CALOR

ELEMENTO BOMBA 5 HP BOMBA 2 HP VENTILADOR 1 HP POTENCIAS POR FASE


POTENCIA (WATTS) 3,728 1,491 746


A-B B-C C-A

BOMBA 1 1 1,491 1,491 BOMBA CALOR 1-A 1 1 4,474 1,243 1,988 1,243 BOMBA CALOR 1-B 1 1 4,474 1,243 1,243 1,988 BOMBA 2 1 1,491 1,491 BOMBA CALOR 2-A 1 1 4,474 1,243 1,988 1,243 BOMBA CALOR 2-B 1 1 4,474 1,988 1,243 1,243

3X70 TOTALES 14,912 2,982 2,983 20,877 7,207 6,462 7,207 DESBALANCE 10.71%

VMFalcon

Text Box

146

Recomendaciones para la Conexión a Tierra de los Equipos y del Sistema Eléctrico. Una recomendación importante tanto para la seguridad de los equipos como para mejorar considerablemente la calidad de suministro de energía es conectar los equipos, centros de carga y conductores neutros a tierra.

La denominación “Puesta a Tierra” comprende cualquier unión metálica directa, sin fusible ni protección alguna, de sección suficiente, entre una parte de una instalación y un electrodo o placa metálica, de dimensiones y situación tales que, en todo momento, pueda asegurarse que el conjunto está prácticamente al mismo potencial de la tierra. Los objetivos de la puesta a tierra de los sistemas eléctricos son:

• Limitar las descargas eléctricas de personas. • Estabilizar el sistema. • Establecer una trayectoria efectiva para la corriente de falla a tierra. • Operación de los dispositivos de protección contra sobrecorriente.

El primer sistema puesto a tierra debe ser la subestación. El sistema de puesta a tierra para subestaciones eléctricas tiene como finalidad:

• Proveer los medios adecuados para transportar las corrientes eléctricas dentro de la tierra (terreno natural) bajo condiciones normales y de falla sin exceder los límites de operación del equipo sin afectar la continuidad del servicio.

• Asegurar que las personas en la vecindad de industrias con sistemas eléctricos puestos a tierra no estén expuestas a peligros de descarga eléctrica crítica.

La práctica de la puesta a tierra segura se esfuerza para controlar la interacción de dos sistemas de puesta a tierra:

• La tierra intencional, consiste en los electrodos enterrados a la misma profundidad de la superficie de la tierra.

• Una tierra accidental, es cuando esta expuesta una persona temporalmente a un gradiente de potencial en la vecindad de una industria puesta a tierra.

Los tipos de sistema de puesta a tierra que deben contemplarse en esta instalación eléctrica son los siguientes:

• Sistema de puesta a tierra de una subestación eléctrica • Puesta a tierra de una acometida eléctrica puesta a tierra o no puesta a tierra. • Puesta a tierra del sistema de protección contra descargas atmosféricas. • Puesta a tierra para electricidad estática.

La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, en su sección 921-25 establece la resistencia de los electrodos puestos a tierra.

b) Resistencia a tierra del sistema. La resistencia eléctrica total del sistema de tierra incluyendo todos los elementos que lo forman, deben conservarse en un valor menor que lo indicado en la tabla siguiente:

147

Para esta subestación la resistencia debe de ser de 5 Ω. La misma norma estable las características del electrodo

250-84. Resistencia de electrodos de varillas, tubería y placas. Un electrodo que consista en una varilla, tubería o placa, debe tener una resistencia a tierra de 25 Ω o menor una vez enterrado. En caso de que la resistencia a tierra sea mayor que 25 Ω debe complementarse con uno o más electrodos adicionales de cualquiera de los tipos especificados en 250-81 o 250-83 hasta obtener este valor de resistencia permisible. Cuando se instalen varios electrodos de barras, tubos o placas para cumplir los requisitos de esta Sección se deben colocar a una distancia mínima de 1,8 m entre sí y deben estar efectivamente conectados entre sí. El valor de la resistencia a tierra de los electrodos no debe ser mayor que 25 Ω para casas habitación, comercios, oficinas o locales considerados como de concentración pública.

Con estas bases se recomienda aterrizar todos los elementos que constituyen el sistema eléctrico del club deportivo. Se recomienda poner a tierra todos los centros de carga, tableros de alumbrado y fuerza. Así como los motores y demás equipos. Además, debe señalarse que todos los contactos que sean utilizados para conectar equipo con conexión a tierra deben estar efectivamente aterrizados evitando “mutilar” dicha clavija para conectarla. Y como establece la norma todas las puestas atierra deben estar conectadas entre sí como también la puesta a tierra del neutro. Esto se hace para evitar diferencia de potencial entre ellas, es decir deben de ser equipotenciales.

Para determinar el calibre de los conductores de puesta a tierra se recurre nuevamente a la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005 que dice:

250-95. Tamaño nominal de los conductores de puesta a tierra de equipo. El tamaño nominal de los conductores de puesta a tierra de equipo, de cobre o aluminio, no debe ser inferior a lo especificado en la Tabla 250-95. Cuando haya conductores en paralelo en varias canalizaciones o cables, como se permite en 310-4, el conductor de puesta a tierra de equipo, cuando exista, debe estar instalado en paralelo. Cada conductor de puesta a tierra de equipo instalado en paralelo debe tener un tamaño nominal seleccionado sobre la base de la corriente eléctrica nominal del dispositivo de protección contra sobrecorriente que proteja los conductores del circuito en la canalización o cable, según la Tabla 250-95. Cuando se usen varios grupos de conductores de entrada a la acometida, como permite la Sección 230-40 Excepción 2, la sección transversal equivalente del mayor conductor de entrada a la acometida se debe calcular por la mayor suma de las secciones transversales de los conductores de cada grupo. Cuando no haya conductores de entrada a la acometida, la sección transversal del conductor al electrodo de puesta a tierra se debe calcular por la sección transversal equivalente del mayor conductor de entrada a la acometida de acuerdo con la corriente eléctrica de carga calculada. Véanse las restricciones de instalación en 250-92(a).

NOTA: Para el tamaño nominal del conductor de puesta a tierra de una instalación de c.a. conectado con el equipo de la acometida, véase 250-23(b).

Cuando el tamaño nominal de los conductores se ajuste para compensar caídas de tensión eléctrica, los conductores de puesta a tierra de equipo, cuando deban instalarse, se deberán ajustar proporcionalmente según el área en mm2 de su sección transversal. Cuando sólo haya un conductor de puesta a tierra de equipo con varios circuitos en el mismo tubo (conduit) o cable, su tamaño nominal debe seleccionarse de acuerdo con el dispositivo de sobrecorriente de mayor corriente eléctrica nominal de protección de los conductores en el mismo tubo (conduit) o cable.

148

Si el dispositivo de sobrecorriente consiste en un interruptor automático de disparo instantáneo o un protector de motor contra cortocircuitos, como se permite en 430-52, el tamaño nominal del conductor de puesta a tierra de equipo se puede seleccionar de acuerdo con la capacidad nominal del dispositivo de protección del motor contra sobrecorriente, pero no debe ser inferior a lo especificado en la Tabla 250-95. Excepción 1: Un conductor de puesta a tierra de equipo no-inferior a 0,8235 mm2 (18 AWG) de cobre y no menor al tamaño nominal de los conductores del circuito y que forme parte de cables de aparatos eléctricos, según se establece en 240-4. Excepción 2: No es necesario que el conductor de puesta a tierra de equipo sea de mayor tamaño nominal que el de los conductores de los alimentadores de equipo. Excepción 3: Cuando se use como conductor de puesta a tierra de equipo un tubo (conduit) o armadura o blindaje de cable, como se establece en 250-51, 250-57(a) y 250-91(b).

Tabla 250-95. Tamaño nominal mínimo de los conductores de tierra para canalizaciones y equipos

Tamaño nominal mm2 (AWG o kcmil) Capacidad o ajuste máximo del

dispositivo automático de protección contra sobrecorriente

en el circuito antes de los equipos, canalizaciones, etc.

(A)

Cable de cobre Cable de aluminio

15 20 30 40 60

100 200 300 400 500 600 800

1000 1200 1600 2000 2500 3000 4000 5000 6000

2,082 (14) 3,307 (12) 5,26 (10) 5,26 (10) 5,26 (10) 8,367 (8) 13,3 (6) 21,15 (4) 33,62 (2) 33,62 (2) 42,41 (1)

53,48 (1/0) 67,43 (2/0) 85,01 (3/0) 107,2 (4/0) 126,7 (250) 177,3 (350) 202,7 (400) 253,4 (500) 354,7 (700)

405,37 (800)

--- --- --- --- ---

13,3 (6) 21,15 (4) 33,62 (2) 42,41 (1)

53,48 (1/0) 67,43 (2/0) 85,01 (3/0) 107,2 (4/0) 126,7 (250) 177,3 (350) 202,7 (400) 304 (600) 304 (600)

405,37 (800) 608 (1200) 608 (1200)

Véase limitaciones a la instalación en 250-92(a) Nota: Para cumplir lo establecido en 250-51, los conductores de tierra de los equipos podrían ser de mayor tamaño que lo especificado en este Tabla.

Con lo cual se puede determinar el calibre de los conductores para puesta a tierra de cada derivación de la instalación eléctrica tomando en cuenta la capacidad del dispositivo automático de protección contra sobrecorriente, en este caso interruptores termomagnéticos. La tabla 5-12 enlista el calibre de los conductores de las derivaciones y la protección termomagnética y el diámetro de la tubería, con esto fue posible determinar el calibre AWG del conductor de tierra. Para esto cabe destacar que el neutro se consideró como un conductor igual al calibre de las fases y en todos se encontró que pueden caber el conductor de tierra pues es un calibre menor, excepto en la derivación para las bombas de

149

calor, aun así se puede considerar que es permitido utilizar la tubería con el conductor de tierra propuesto.

Derivación Calibre AWG

Interruptor en

Amperes

Conductor de Tierra

AWG

Tubería en

pulgadas

Número de Conductores

Conductores Permitidos

Cuarto de Calderas 2 100 8 2 ” 4 9

Oficinas Salón 1/0 150 6 2 ” 4 5

Cuartos de Vapor 4 80 8 2 ” 4 12

Canchas de Frontón 8 50 10 ¾ ” 2 5

Áreas de Canchas 1/0 150 6 2 ” 4 5

Bomba de Aguas Jabonosas 8 50 10 1 ½ ” 3 20

Sistema de Filtros 2 100 8 2” 4 32

Bombas de Calor 4 80 8 1” 3 3

Tabla 5- 12: Calibre AWG del conductor de puesta tierra en las derivaciones del sistema eléctrico

Es correcto considerar que en todas las tuberías se puede instalar hilo para puesta a tierra sin necesidad de cambiar el diámetro de la tubería.

Diagramas Unifilares Modificados. Terminadas las recomendaciones, se presentan los diagramas unifilares tal como deben estar con las modificaciones dadas.

A continuación se presentan un diagrama unifilar general y los diagramas específicos de cada derivación para facilitar su estudio.

150

2 x 50

3 x 50

2 x 30

2 x 50

3 x 502 x 50

3 x 30

3 x 50

1 x 301 x 30

3 x 50

4024 x 4024 x

100

4 x

8 x

1004 x2 x 75 W1 x 2 x 40 W1 x 1 x402 x

2 x 20 W3 x

2 x 40 W40 2 x

4018 x

4032 x

20 20

C 5 C 6

605x

2 x 40 W4016 x 2 x

C 1

606 x 2 x 45 W1 x1 x

C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13

1515151515 15

603 x 603 x 603 x 605 x 605 x5 x

2 x 40 W2 x2 x 60

CUARTOS DE VAPORHOMBRES (PLANTA BAJA)

C 1 C 2 C 3

15 15

C 4 C 5 C 6 C 7 C 8C 1 C 2 C 3 C 4

2 x 2 x 40 W3 x3 x 60

C 1 C 2 C 3 C 4 C 1 C 2

2 x 75 W9 x

C1 C2 C3 C5

3030

C4

60 3 x12 x 1 x 75 W

C6

1515C 1 C 4C 2 C 3

C1 C2

C1 C2

3 x 100

C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6

602 x5 x 2 x 40 W4 x

C1

C2

C3

C4

B1

D1

C5

C6

C7

C8

C9 C10 C11 C12 C13 C14

C15C16

C17

C18

C19

C20

C21

3x30 30

DIAGRAMA UNIFILAR DEL CLUBDEPORTIVO REAL DEL POTOSÍ - 2007

NOTA: EL DIAGRAMA REPRESENTA LA FORMACOMO SE PROPONE DEBE SER LA

INSTALACIÓN ELÉCTRICA, NO REPRESENTA LASITUACIÓN ACTUAL DEL CLUB

3 x 30

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H40 M

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H20 M

C 1 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8C 2 C 3

RESTAURANT, BILLAR

20 202020 2020 20 20

C 1 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 C 16C 15 C 17 C 22C 21C 19C 2 C 3 C 23 C 28C 26C 25

OFICINAS

4024 x

1003 x

1003 x

4 x

4018 x

100 402 x

1005 x

1003 x 4x

2 x 75 W7 x

2 x 75 W5 x

2 x 75 W4 x2 x

2 x

4 x 2 x 40 W2 x2 x

2 x

2 x

SALIDA ESPECIAL PARACONJUNTOS MUSICALES

3x

1001 x

4 x

2 x 75 W1 x 1 x 1003 x

60

13 x

20 50 50 2x50

C 18 C 20C 27

2x20 20 20 20 20 20 20202020202050202020202020202020

C 1 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 C 16C 15 C 17 C 18C 2 C 3

SALÓN DE EVENTOS

20 2020202020202020202020202020 20

4032 x

4024 x

4032 x

1

2 x 40 W1 x 5 x16 x

4024 x4018 x

2020

C 1 C 4C 2 C 3

CAPILLA

1 x 75 W2x6x 5 x 602 x 2 x 40 W2 x

20 20 20 20

20

C 24

20 20 2x30

2 x 40 W3 x 2 x 10003 x

C 1 C 2 C 3

ALBERCATECHADA

3 – 81 – 8 NT – 1 ¼ "3 F 4 H10 M

3 – 81 – 8 NT – 1 ¼ "3 F 4 H40 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H40 M

4 – 1/0T – 2 ½”3 F 4 H15 M

4 – 1/0T – 2 ½”3 F 4 H15 M

3 – 41 – 4 NT - 2 "3 F 4 H1 MTS

4 – 4T – 2 "3 F 4 H25 M

4 – 8T – 2 ¼”2 F 3 H25 M

3 – 1/01 – 1/0 NT - 2"3 F 4 H100 M

3 – 21 – 4T - 2"3 F 4 H15 M

3x30

2x303x303x30

3X30

1 x 2 x 75 W3 x

1x30

3x100

2 1

5

3x30(1)

11

3 – 81 – 12T – 1 ½”3 F 4 H1 M

3 – 101 – 12T – 1 "3 F 4 H10 M

3 – 101 – 12T – 1 "3 F 4 H10 M

2 – 10T – ½ ”1 F 2 H17.5 M

3 – 121 – 14T – 1 ”3 F 4 H3 M

3 – 121 – 14T – 1”3 F 4 H10 M

2 – 10T – 1 ”1 F 2 H5 M

4 – 12T – ¾ "3 F 4 H10 M

(1)

2 x 40 W1 x

1x30

3 x

2 x 604 x

5

4 – 12T – ¾ "3 F 4 H10 M

15 15 15


15 1515151515151515 151515

603 x603 x 60

606 x3 x

603 x 605 x 60 603 x3 x 603 x 603 x

2 x 75 W6 x

2 x 401 x

15

2 – 8T – 1 "2 F 3 H3 M

20 151530

3030

60

2 x 75 W9 x2 x 40 W2 x

6 x

6 x 6012 x

606 x 4 x

3 – 4T – 1 "3 F 4 H6 M

4 – 4T – 2 "3 F 4 H50 M

CUARTOS DEVAPOR MUJERES(PLANTA ALTA)

CUARTOS DEVAPOR

HOMBRES(PLANTA ALTA)

3 – 8T – 1 "3 F 4 H15 M

3 –8T – 1 "3 F 4 H15 M

BAR Y GUARNICIÓN

15

2 x 75 W12 x

3 – 81 – 6T - 1 ½”3 F 4 H65 M

3x60

3 – 81 – 6T -1 ½”3 F 4 H30 M

3 F220 V

15

60

5

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H8 M

3 – 83 F 3 H40 M

CANCHAS DEFRONTÓN

30

2 – 8T – ¾”2 F 2 H

BOMBA DEAGUAS

JABONOSAS

TABLERO PRINCIPAL DECUARTO DE CALDERAS

BOMBASCISTERNA

AREA DETRABAJO

ALMACEN

CALDERADE

VAPOR

3x350

M

14.4 kV

13.2 kVCFE ACSR No. 2/0

ACSR No. 1/025 MTS

12 kV

3 F – 4/01 N – 1/0T – 51 MM

14.4 kV

13.2 kV220/127 V75 kVA

3 F – 4/01 N – 1/0T – 2" Flexible

2 - 7.2001 - kWh1 - kVAr

NC E93C93N E65D57

3 x 50 3 x 80

3 x 100 3 x 503 x 503 x 803 x 150 3 x 1003 x 50 3 x 80

4 – 1/0T – 2 “3 F 4 H8 M

3 – 81 – 10T – 1 ½”3 F 4 H24 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H47 M

4 – 1/0T – 2 "2 F 3 H34 M

4 – 1/0T – 2 "2 F 3 H22 M

4 – 1/0T – 2 "2 F 3 H26 M

4 – 10T – 1 “2 F 3 H17 M

4 – 8T – 1 "3 F 4 H30 M

2 – 12T – 1 “1 F 2H

4 – 10T – 1 "2 F 3 H53 M

3 – 10T – 1 "2 F 3 H20 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H5 M

4 – 10T – 1 "2 F 3 H32 M

3 – 8T - 1´2 F 3 H90 M

2 – 8T – 1 "1 F 2 H26 M

2 – 10T – 1 "1 F 2 H25 M

2 – 10T – 1 "1 F 2 H29 M

15 x1 x 75 W16 x1 x 75 W16 x

6 x

3 - 81 – 10T – 1 ½”10 M

3x30

5

3 – 81 – 10T – 1 ½”3 F 4 H16 M

3 – 8T – 1 "2 F 3 H10 M

4 – 1/0T – 2 “3 F 4 H10 M

4 – 1/0T – 2 “3 F 4 H9 M

4 – 1/0T – 2 “3 F 4 H7 M

3 – 10T - 1 “2 F 3 H4 M

4 – 1/0T – 2 "3 F 4 H42 M

4 – 1/0T – 2 “3 F 4 H20 M

3 – 8T - ¾”2F 3 H6 M

4 – 1/0T – 2 “3 F 4 H13 M

3 – 8T – 2 "2 F 3 H5 M

3 – 8T – 2 "2 F 3 H17 M

3 – 8T – 2 "2 F 3 H22 M

3 – 8T – 2 "2 F 3 H52 M

2 – 10T - ¾”1F 2 H7 M

6 x

9 x 2 x 75 W

4 x 2 x 40 W

6 x6012 x 2 x

2 x 2 x 75 W

1515

30303030

30

3030

15

20 20

1520 20

15

15151515

3 – 8T – 1 ½”2 F 3 H20 MGIMNASIO

PALAPASY TIENDA

RESTAURANTEPALAPAS

YJUEGOS

SQUASH SALÓNDE

ESPEJOS

ILUMINACIONEXTERIORSQUASH

ILUMINACIONEXTERIOR

TENIS-PASILLO

BOMBAPARARIEGO

3 – 21 – 4T - 2"3 F 4 H7 MTS

3x30

3x70

BOMBAS DE FILTROS E ILUMINACIÓN DE ALBERCA

SALIDAPARA

BOMBA

2x20 2x20 2x202x20 2x20 2x20

25

30 30

3x30

3 – 10T - 3/4"3 F 3 H5 M

3 x

3 x 2 x 40 W

3 – 2T – 1 ½“3 F 3 H3 M

5

2 x 15 3 x 303 x 302 x 153 x 30

3x30

5 Kvar3 F220 V

22

3 x 70

3 x 30

3 – 4T – 1 "3 F 3 H3 M

3 – 8T – ¾”3 F 3 H0.5 M

3 – 8T – ¾”3 F 3 H3 M

3 – 8T – ¾”3 F 3 H15 M

3 – 8T – ¾”3 F 3 H12 M

15 151515

2 – 12T – ½ ”2 F 2 H3 M

3 – 8T – ¾”3 F 3 H6 M

2 – 12T – ½ ”2 F 2 H14 M

3 – 8T – ¾”3 F 3 H9 M

2 x 2 x

2 x 75 W 2 x 75 W2 x 2 x

A5

A4

A3

A2

A1

3 x 80

3 x 50

3 x 80

3 x 503 x 50

3 x 50

151

VMFalcon

Text Box

153

VICTOR MIGUEL FALCON

Typewritten Text

VMFalcon

Text Box

154

3 – 21 – 4T - 2"3 F 4 H15 M

DIAGRAMA UNIFILAR – AREA DE CUARTO DE CALDERAS

3x30

2x303x303x30

3X30

1 x 2 x 75 W3 x

1x30

3x100

2 15 5

3x30

(1)

11

3 – 81 – 12T - 1 ½”3 F 4 H1 M

3 – 101 – 12T - 1 ”3 F 4 H10 M

3 – 101 – 12T - 1 ”3 F 4 H10 M

2 – 10T - 1/2 ”1 F 2 H17.5 M

3 – 121 – 14T - 1 ”3 F 4 H3 M

3 – 121 – 14T - 1 ”3 F 4 H10 M

2 – 10T - 1 ”1 F 2 H5 M

4 – 12T - 3/4"3 F 4 H10 M

(1)

2 x 40 W1 x

1x30

3 x

2 x 604 x

3 x 50

BOMBAS CISTERNA

CALDERA DE

VAPOR

TABLERO PRINCIPAL DE CUARTO DE CALDERAS

ALAMACEN

ÁREA DE TRABAJO

VMFalcon

Text Box

155

VMFalcon

Text Box

156

VMFalcon

Text Box

157

VMFalcon

Text Box

158

VMFalcon

Text Box

159

5.3. Oportunidades de Ahorro por Corrección de Factor de Potencia

Introducción

Uno de los problemas más comunes en las instalaciones eléctricas es el bajo factor de potencia. Este problema se presenta dependiendo del tipo de cargas conectadas en el sistema eléctrico. De acuerdo con la tarifa contratada a CFE, éste factor de potencia es medido en las tarifas O-M, H-M, y en niveles más altos de tensión, y basados en dichas lecturas la compañía determina si multa o bonifica al cliente.

Definición de Factor de Potencia

La mayoría de las cargas eléctricas utilizadas en industrias y comercios, no son solamente resistivas si no también inductivas y capacitivas. Los motores, transformadores, lámparas con balastro y las bobinas son un ejemplo de cargas resistiva con reactancia inductiva. Dichos elementos requieren de una corriente de magnetización para poder funcionar, la cual esta retrasada 90° con respecto a la onda de voltaje. En las cargas capacitivas la corriente se adelantara 90° grados.

En dichos circuitos el análisis de consumo de potencia no es sencillo pues es necesario analizar tres tipos de consumo de energía:

Potencia Activa. Si se hace circular una corriente directa de valor constante a través de una resistencia (R), la energía eléctrica se transforma en térmica. De acuerdo con la ley de Joule, la energía calorífica (Joules) es igual a la potencia (Watts) por unidad de tiempo (t). Así se tiene:

tPt ×=××= 2I R (J) Calorífica Energía

La Potencia Activa (P) entonces se puede definir como la energía eléctrica convertida en otra forma de energía para realizar un trabajo.

tCalorificaEnergíaP (J)

(Watts) =

Esta potencia esta expresada en Watts (W).

Potencia Reactiva. En un circuito puramente capacitivo o inductivo, le energía no cambia de forma, sólo se almacena y la entrega cuando la fuente se desenergiza. Si el circuito está conectado a una fuente de corriente alterna, la energía pasa de la fuente al capacitor o inductor en el primer cuarto de ciclo (90°) y regresa a la fuente en el siguiente.

A esta energía asociada a un capacitor ideal o a un inductor ideal se le llama potencia reactiva (Q). Es capacitiva cuando la corriente se adelanta al voltaje y reactiva cuando se retrasa, en ambos caso el atraso o adelanto es de 90° con respecto a la potencia activa. Se expresa en volt-amperes reactivos (VAR)

160

Potencia Aparente. La suma vectorial de las componentes de potencia reactiva y activa nos da el valor de potencia real, Se expresa en volt-amperes (VA) y se utiliza para calcular las secciones de los conductores y los demás elementos de la instalación ya que es el producto del voltaje por la corriente.

Representación Grafica de las Potencias

Figura 5- 7: Relación gráfica entre potencias activa, reactiva y aparente.

El ángulo entre la potencia activa y la potencia aparente se representa por la letra θ.

Las fórmulas para calcular los tres tipos de potencias en un sistema monofásico son:

IVS

senIVR

cosIVP

×=××=××=

θθ

Las fórmulas para calcular los tres tipos de potencias en un sistema trifásico son:

IV3S

senIV3R

cosIV3P

××=

×××=

×××=

θ

θ

Otra fórmula para relacionar al las tres potencias es:

222 QPS +=

Definición del Factor de Potencia. Una definición de factor de potencia mencionada en el libro Instalaciones Eléctricas: conceptos Básicos dice:

De acuerdo con el Diccionario de Términos Eléctricos y Electrónicos del IEEE (1977), el factor de potencia es el cociente de la relación del total de Watts entre el total de volt-

161

amperes RMS (root-mean-square, valor medio cuadrático o valor efectivo), es decir, la relación de la potencia activa entre la potencia aparente. Cuando la corriente y el voltaje son funciones senoidales y θ es el ángulo de defasamiento entre ellos, el coseno de θ es el factor de potencia (f.p.)”. Entonces el FP depende del defasamiento entre el voltaje y la corriente, que a su vez depende de la carga conectada al circuito.

La fórmula de potencia activa también se puede representar así:

.P.FIV3P ×××=

Donde el FP se calcula:

22 QP

P

S

Pcos.P.F

+=== θ

Obtención del Factor de potencia con Datos del Recibo Eléctrico. Este se obtiene con los valores de kWh y kVArh registrados por CFE en el recibo mensual, si los valores varían es conveniente calcular valores promedios de determinado número de meses o incluso todo el año. Aunque el recibo proporciona el valor de FP la fórmula para calcularlo es la siguiente:

22 kVArhkWh

kWhFP

+=

Problemas por un Factor de Potencia Bajo. Un factor de potencia bajo es causado por un retraso mayor de la onda corriente con respecto a la de voltaje, lo cual quiere decir que se esta consumiendo una gran cantidad de Potencia Reactiva lo cual se traduce en un mayor consumo de corriente. Esto se traduce en desventajas costosas que pueden dividirse en cuatro tipos:

1. Pérdidas por Efecto Joule. Estas pérdidas se presentan por la energía disipada en forma de calor por los cables que conducen la corriente. La pérdida se calcula con la fórmula: Estas se presentan en los siguientes elementos: 2IRPérdidas ×=

• Los cables entre el medidor y el usuario • Los embobinados de los transformadores de distribución • Dispositivos de operación y protección

2. Deficiente Regulación de Voltaje. Al aumentar la corriente que circula por los conductores debido a un bajo factor de Potencia, el porcentaje de caída de voltaje en las líneas de transmisión, o desde el punto de suministro de la instalación hasta el lugar donde se encuentra la carga aumenta afectando la operación los aparatos conectados al sistema, como motores y transformadores, o incluso elementos como los cables de alimentación y sistemas de control.

162

3. Altos Costos de Depreciación. Las desventajas anteriores conducen a que las instalaciones no puedan ser usadas a toda su capacidad. Esto afecta particularmente a los transformadores de distribución.

4. Penalizaciones por Bajo Factor de Potencia. En México, de acuerdo a la tarifa y al Diario Oficial de la Federación del día 10 de noviembre de 1991, cuando el factor de potencia tenga un valor inferior a 0.9, el suministrador de energía eléctrica tendrá derecho a cobrar al usuario una penalización o cargo por la cantidad que resulte de aplicar al monto de la facturación el porcentaje de recargo que se determine según la siguiente ecuación:

Ecuación para calcular el porcentaje de penalización por bajo factor de potencia (FP<0.9)

10019.0

5

3×⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −×=

FPón (%)Penalizaci

En el caso de que el factor de potencia tenga un valor superior a 0.9, el suministrador tendrá la obligación de bonificar al usuario la cantidad que resulte de aplicar a la factura el porcentaje de bonificación según la siguiente ecuación:

Ecuación para calcular el porcentaje de bonificación por alto factor de potencia (FP>0.9)

1009.0

14

1×⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −×=

FPón (%)Bonificaci

Los valores resultantes de la aplicación de estas fórmulas se redondearán a un solo decimal, por defecto o por exceso, según sea o no menor que 5 (cinco) el segundo decimal. En ningún caso se aplicarán porcentajes de penalización superiores a 120 % (ciento veinte por ciento), ni porcentajes de bonificación superiores a 2.5 % (dos punto cinco por ciento).

Corrección del Factor de Potencia. Cuando en un sistema eléctrico las cargas provocan un bajo factor de potencia, opera con baja eficiencia. Por lo tanto es necesario elevar el valor del FP en todo el sistema o en donde se genere dicho problema, para que opere en condiciones en las cuales las perdidas por consumo de potencia reactiva sen lo menos posible.

Las maquinas de corriente alterna necesitan extraer Potencia Aparente mayor a la potencia Activa, pues parte de esta potencia se consume en forma de Potencia Reactiva.

En el caso estudiado las cargas consumidoras de potencia reactiva y generadoras de bajo factor de potencia son motores de inducción, los cuales se estudiaran con detalle mas adelante.

Para lograr elevar el Factor de Potencia generado por la Potencia Reactiva consumida se hace necesario instalar un dispositivo capaz de generar dicha potencia sin necesidad de que sea tomada del sistema eléctrico. Existen dos dispositivos capaces de realizar dicha función:

163

1. Condensadores Síncronos 2. Capacitores Estáticos

Para los fines de este trabajo se mencionara el capacitor estático. Antes se mostrará el principio de compensación de Potencia Reactiva para elevar el Factor de potencia

En este estudio se analizan las potencias consumidas en el triangulo de potencia para buscar el valor de la potencia reactiva necesaria para encontrar un los VAR requeridos para obtener un nuevo valor de FP, como se puede observar en la figura 5-8:

Figura 5- 8: Método gráfico para encontrar los kVAr para corregir el Factor de Potencia

164

Métodos Para calcular el Factor de Potencia.

Existen diversas formas de calcular la potencia reactiva necesaria para elevar el factor de potencia. Dos de ellos utilizados para los fines de este trabajo son los siguientes:

1. Método numérico De Calculo 2. El método a base de tablas Para el Calculo De FP

Método Numérico De Cálculo. Este método consiste en el cálculo directo de los valores basados en las fórmulas de cálculo de las Potencias Real, Reactiva y Aparente y la del Factor de Potencia inicial para luego compararlas con las potencias calculadas después si el Factor de Potencia fuera corregido. La Potencia Activa será la misma en ambos casos. Utilizando el diagrama de la figura 5-8 se puede utilizar la fórmula siguiente para calcularlo:

21 QQQC −=

Cabe destacar que los fabricantes de capacitores venden los dispositivos clasificándolos en valores de kVAR y voltaje de operación, por lo que no es necesario calcular la capacitancia a menos que se requiera.

Método a Base de Tablas para el Cálculo de FP. Este método se basa en encontrar un factor K que permite encontrar la potencia reactiva del capacitor de manera directa. Usando la fórmula ya mencionada:

21 QQQC −=

Y la fórmula del triangulo de potencias:

FP P ×=Q

Se tiene la fórmula para calcular QC

)FP-(FP P 12×=CQ

Donde FP1 es el factor de potencia inicial y FP2 es el factor de potencia deseado.

El termino se sustituye por una constante K la cual se presenta en tablas para diferentes valores de FP. Entonces:

)FP-(FP 12

K P ×=CQ

La tabla 5-13 presenta diferentes valores de K para poder calcular QC

165

Factor K Factor de potencia deseado

Factor de

potencia inicial 0.86 0.87 0.88 0.89 0.9 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1 0.66 0.545 0.572 0.599 0.626 0.654 0.683 0.712 0.743 0.775 0.810 0.847 0.888 0.935 0.996 1.1380.67 0.515 0.541 0.568 0.596 0.624 0.652 0.682 0.713 0.745 0.779 0.816 0.857 0.905 0.966 1.1080.68 0.485 0.512 0.539 0.566 0.594 0.623 0.652 0.683 0.715 0.750 0.787 0.828 0.875 0.936 1.0780.69 0.456 0.482 0.509 0.537 0.565 0.593 0.623 0.654 0.686 0.720 0.757 0.798 0.846 0.907 1.0490.70 0.427 0.453 0.480 0.508 0.536 0.565 0.594 0.625 0.657 0.692 0.729 0.770 0.817 0.878 1.0200.71 0.398 0.425 0.452 0.480 0.508 0.536 0.566 0.597 0.629 0.663 0.700 0.741 0.789 0.849 0.9920.72 0.370 0.397 0.424 0.452 0.480 0.508 0.538 0.569 0.601 0.635 0.672 0.713 0.761 0.821 0.9640.73 0.343 0.370 0.396 0.424 0.452 0.481 0.510 0.541 0.573 0.608 0.645 0.686 0.733 0.794 0.9360.74 0.316 0.342 0.369 0.397 0.425 0.453 0.483 0.514 0.546 0.580 0.617 0.658 0.706 0.766 0.9090.75 0.289 0.315 0.342 0.370 0.398 0.426 0.456 0.487 0.519 0.553 0.590 0.631 0.679 0.739 0.8820.76 0.262 0.288 0.315 0.343 0.371 0.400 0.429 0.460 0.492 0.526 0.563 0.605 0.652 0.713 0.8550.77 0.235 0.262 0.289 0.316 0.344 0.373 0.403 0.433 0.466 0.500 0.537 0.578 0.626 0.686 0.8290.78 0.209 0.236 0.263 0.290 0.318 0.347 0.376 0.407 0.439 0.474 0.511 0.552 0.599 0.660 0.8020.79 0.183 0.209 0.236 0.264 0.292 0.320 0.350 0.381 0.413 0.447 0.484 0.525 0.573 0.634 0.7760.80 0.157 0.183 0.210 0.238 0.266 0.294 0.324 0.355 0.387 0.421 0.458 0.499 0.547 0.608 0.7500.81 0.131 0.157 0.184 0.212 0.240 0.268 0.298 0.329 0.361 0.395 0.432 0.473 0.521 0.581 0.7240.82 0.105 0.131 0.158 0.186 0.214 0.242 0.272 0.303 0.335 0.369 0.406 0.447 0.495 0.556 0.6980.83 0.079 0.105 0.132 0.160 0.188 0.216 0.246 0.277 0.309 0.343 0.380 0.421 0.469 0.530 0.6720.84 0.053 0.079 0.106 0.134 0.162 0.190 0.220 0.251 0.283 0.317 0.354 0.395 0.443 0.503 0.6460.85 0.026 0.053 0.080 0.107 0.135 0.164 0.194 0.225 0.257 0.291 0.328 0.369 0.417 0.477 0.6200.86 --- 0.027 0.054 0.081 0.109 0.138 0.167 0.198 0.230 0.265 0.302 0.343 0.390 0.451 0.5930.87 --- --- 0.027 0.054 0.082 0.111 0.141 0.172 0.204 0.238 0.275 0.316 0.364 0.424 0.5670.88 --- --- --- 0.027 0.055 0.084 0.114 0.145 0.177 0.211 0.248 0.289 0.337 0.397 0.5400.89 --- --- --- --- 0.028 0.057 0.086 0.117 0.149 0.184 0.221 0.262 0.309 0.370 0.5120.90 --- --- --- --- --- 0.029 0.058 0.089 0.121 0.156 0.193 0.234 0.281 0.342 0.4840.91 --- --- --- --- --- --- 0.030 0.060 0.093 0.127 0.164 0.205 0.253 0.313 0.4560.92 --- --- --- --- --- --- --- 0.031 0.063 0.097 0.134 0.175 0.223 0.284 0.4260.93 --- --- --- --- --- --- --- --- 0.032 0.067 0.104 0.145 0.192 0.253 0.3950.94 --- --- --- --- --- --- --- --- --- 0.034 0.071 0.112 0.160 0.220 0.3630.95 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 0.037 0.078 0.126 0.186 0.3290.96 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 0.041 0.089 0.149 0.2920.97 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 0.048 0.108 0.2510.98 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 0.061 0.2030.99 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 0.142

Tabla 5- 13: Tablas de factor K para corregir el Factor de Potencia

Situación de Bajo Factor de Potencia en el Sistema Eléctrico del Club Deportivo Real del Potosí

De los dos contratos con CFE, la tarifa O-M mide y cobra por el Bajo Factor de Potencia. En las tablas hechas para analizar el % FP en los años 2004, 2005 y 2006, en promedio se tuvieron valores de 87.33, 88.41 y 86.22 % respectivamente. En el último año se registró un valor mas bajo pues se instalo un sistema de bombas de calor en diciembre de 2005 que empezó a operar en el año 2006.

Las dos causas principales por las que se tiene ese bajo porcentaje de FP son la bomba de los filtros de 25 hp y el nuevo sistema de bombas de calor ya mencionado. Además de existir diversas bombas de potencia bajas para las cuales corregir su FP seria demasiado costoso.

Propuesta De Banco De Capacitores para el sistema de Bombas de Calor. Este sistema tiene una carga de 4 bombas de calor de 5 hp, cada una consume una potencia de 4.76 kW en promedio (con las mediciones realizadas), además de tener 2 bombas de agua de 2.5 hp

166

y un consumo de 2.52 kW. Las mediciones hechas al sistema funcionando todas las bombas y aparatos registraron los siguientes valores, promediando los valores trifásicos:

0.86FP

13.07kVAR

21.53kW

25.10kVA

68.5I

211.67V

prom

prom

prom

prom

prom

prom

=

=

=

=

=

=

Se desea elevar el FP a 0.93, usando el método de tablas se busca el valor de la constante K. En las tablas se obtiene un valor de K=0.198. Entonces el valor en kVAR necesarios para que se eleve el factor de potencia es el siguiente:

kVARQQ

KPQ

C

C

C

26.4

198.053.21

=×=

×=

Los fabricantes no ofrecen bancos de capacitores de valores exactos pero los catálogos ofrecen valores cercanos, por lo que sería necesario seleccionar un banco de capacitores trifásico de 5 kVAR a 220 volts, conexión delta con resistencias de descarga, además de seleccionar un interruptor y fusibles de protección. Para eso es necesario calcular la corriente de línea del banco trifásico, la que se obtiene:

21167.03

53

×=

×=

L

CL

I

kVkVAR

I

La corriente de línea IL=13.64 A. La protección seleccionada debe ser el doble de la corriente medida, por lo que se recomienda conectar un interruptor termomagnético de 30 A.

La localización del banco de capacitores dentro del sistema de bombas de calor, se denomina compensación en grupo pues corrige el factor de potencia de todo el sistema. Se determinó que sea de esa manera, pues este sistema trabaja con las 4 bombas de calor y las 2 bombas de agua juntas y rara vez se usa parcialmente. El operador deberá conectar el banco cada vez que se utilicen las bombas y desconectarlo cuando no operen. El banco se conecta después de la protección general del sistema pero antes de las protecciones individuales de cada carga.

167

Figura 5- 9

Durante el desarrollo de este trabajo se instaló el banco de capacitores, lo que permitió realizar las mediciones necesarias para verificar si la corrección calculada es correcta. Las corrientes de línea en el banco de capacitores fueron las siguientes:

6.11I

11.4AI

11.6AI

11.9AI

PROM

C

B

A

====

Por lo tanto es posible calcular la impedancia del banco de la manera siguiente:

Ω 9018.1952X

A 11.6333

V 211.67

I

VX

C

C

TC

°∠=

==

También es necesario calcular la impedancia del sistema de bombas de calor:

Ω 30.683.0901X

Ω 3.090168.5

V 211.67

I

VX

L

L

LL

°−∠=

===

La impedancia total del sistema, del banco más las del sistema de bombas de calor es:

168

Ω°−∠=

+=

5944.213408.3X

111

X

T

T

LC XX

Y con la impedancia XT es posible calcular las corrientes del sistema:

5944.213585.63

3408.3

V 67.211

−∠=Ω

==

L

T

LL

IXVI

El factor de potencia es de 0.9298, aproximadamente 0.93.

Las corrientes totales medidas con el banco de capacitor conectado fueron:

A 64.6I

A 58.8I

A 67.5I

A 67.5I

PROM

C

B

A

====

Con eso es posible calcular los nuevos valores de S y Q.

kVAR 8.716Q

)4sen(21.59464.6211.673Q

kVA 23.683S

A 64.6V 211.673S

Totales

Totales

=°×××=

=××=

La corrección de FP redujo el consumo de kVA y kVAR (25.10 y 13.07 respectivamente).

Propuesta De Banco De Capacitores para la Bomba de 25 hp. Las mediciones realizadas a la bomba dieron los siguientes valores:

FP=0.84 P=13.6 kW S=16.1 kVA R=8.5 kVAR Vprom=213.3 V Iprom=43.6 A

Usando el método de la tablas se tiene que K=0.251, entonces el valor de QC=3.41 kVAR. Los catálogos ofrecen bancos de capacitores trifásicos de 3kVAR a 220 volts, conexión

169

delta, con resistencias de descarga. La corriente de línea para poder seleccionar la protección del banco será de IL=8.2 A.

La compensación en dicho sistema deberá ser del tipo individual, como la carga es una bomba de 25 hp con arrancador y protección de sobrecarga, el banco de capacitores se deberá conectar después de la protección termomagnética pero antes del arrancador y protector de sobrecarga. Como se indica en el siguiente diagrama de la figura 5-10.

Figura 5- 10

Las razones por las que se considera conveniente instalar el banco de capacitores y conectarlo en esa posición se debe a tres razones:

1. El tamaño del capacitor no depende del todo de la corriente de magnetización del motor en vacío.

2. La corriente de arranque permanece sin cambio. 3. El ajuste de mecanismo de sobrecarga en el arrancador del motor no cambia.

Cabe destacar que lo primordial en este sistema para recircular y filtrar el agua de la alberca es el análisis de su eficiencia, por lo que si es necesario cambiar toda la instalación por un nuevo sistema de filtros, esta propuesta de banco de capacitores quedaría nula. Aunque es necesario analizar si un nuevo sistema causará un bajo factor de potencia (que es lo mas seguro por tratarse de motores), lo que requerirá su corrección.

La decisión de instalar este sistema depende de si decide seguir utilizando dicha bomba o sustituirla por un nuevo sistema de bombeo

170

5.4. Propuestas para Sistemas de Bombeo y Filtros

Como se expresó anteriormente debe de considerarse cambiar al sistema de filtrado y bombeo de agua de la alberca exterior de 2,000,000 de litros. Se presenta una propuesta sobre el tipo de sistema que puede instalarse, mas sin embargo una solución definitiva la dará la compañía instaladora de sistemas de bombeo y filtrado de albercas que puede presentar diferentes opciones o puede determinar la opción mas conveniente y económica. Se consideró una situación general con valores tomados del catálogo de una bomba marca Northstar de la empresa Hayward. La tabla 5-14 de prestaciones proporciona los flujos en litros por minuto (LPM) y galones por minutos (GPM) a partir de los 12 metros de altura.

Tabla 5- 14: Tabla de prestaciones para bombas Northstar para filtrado de albercas

Tomando en cuenta que la altura de la alberca es menor a los 12m mínimos mostrados en la tabla el modelo de la bomba seleccionada será el SPX1630Z1BNS de 3 HP a plena carga con un impulsor SP4030NS, el cual proporciona un flujo de 780 LPM. En la figura 5-11 se muestran las curvas de rendimiento, en el cual se muestra que el modelo de impulsor seleccionado no presenta reducción de su capacidad de flujo en este caso.

Figura 5- 11: Curvas de rendimiento de las bombas Northstar para sistemas de filtrado de albercas

171

Seleccionada el modelo de bomba que impulsara 780LPM (4,680.0 L/h), si se utilizan 6 bombas de la misma capacidad, el flujo será de 327,600.0 L/h. Tomando en cuenta que se filtrarán 2,000,000 lts, cada 6 horas se filtraría completamente toda el agua de la alberca, con lo cual se puede filtrar el agua 3 veces por día tomando en cuenta que es necesario parar el sistema para realizar otras actividades de mantenimiento y el cierre de las instalaciones.

Debe considerarse que existirán pérdidas de flujo en las tuberías y en los sistemas de filtrado, aquí sólo se considerará la parte eléctrica. En la tabla 5-15 se muestran las recomendaciones para el calibre de los conductores y los valores de potencias y corrientes de los motores:

Tabla 5- 15: Calibres recomendados para instalación de bombas para filtrado de albercas Northstar.

Con esto se puede determinar que se deben utilizar conductores calibre 12 AWG para cada bomba siempre y cuando la caída de voltaje sea menor al 3%, con un voltaje monofásico de 220V y la potencia de los motores es de 2.2kW. Sin embargo la corriente del motor será buscada en las tablas del Manual del Electricista de conductores Monterrey donde la corriente del motor es de 17A. La protección termomagnética recomendada es de 20A de 2 polos.

Se recomienda una alimentación trifásica, para poder balancear la instalación. La carga de 6 bombas sería de 13.2kW, y la corriente trifásica sería de 34A. Si se considera que la corriente de arranque se debe multiplicar por 1.25, así se tiene una corriente de 42.5A, por lo que se recomienda un interruptor termomagnético general de 40A de 3 polos. El conductor mínimo recomendado es el calibre 8AWG y debe considerarse que para ésta área se encuentran instalados 3 conductores calibre 2AWG y un neutro calibre 4 AWG en tubería de 2 pulgadas.

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Debe considerarse la instalación de un Centro de Control de Motores (CCM) para instalar arrancadores y botoneras y las propias protecciones termomagnéticas, además de considerar otras cargas.

Otra recomendación importante es considerar el factor de potencia de los motores que pueden reducir el factor de potencia de toda la instalación, para corregirlo con un banco de capacitores. Se recomienda incluirlo junto con la instalación de todo el sistema del filtrado.

Por último la operación de todo el sistema, con una carga total de 13.2kW y la tarifa de 1.2423$/h y una operación de 18 horas diarias costaría:

17.295$182,13$

2423.1 =×××

hkWhkW

En un mes el costo total, considerando 5 días de operación a la semana, es de $5,903.41. El cual es menor al sistema actual considerando 4 días de operación a la semana, cuyo costo es de $6,668.96. Se consideran 5 días de operación porque estos sistemas son limpiados por medio de una operación llamada retrolavado que limpian los filtros de la suciedad que recolecta, además de que deben agregarse los productos químicos necesarios para mantener limpia el agua y libre de bacterias y gérmenes y que ayudan a la filtración.

173

5.5. Propuestas para Alumbrado

La primera propuesta para ahorro en alumbrado se referirá a la sustitución de lámparas incandescentes por lámparas fluorescentes. Se analizarán los lugares del club en donde es factible sustituir lámparas. En primer lugar se localizaron lámparas de 60 y 100 Watts en los tableros y centros de carga. Cabe destacar que no se incluyeron las lámparas de 40 Watts instaladas en los candelabros del área del salón de eventos y controladas por los tableros de oficinas y salón de eventos de tipo decorativo que concuerdan con la arquitectura del lugar. La tablas 5-16 muestra los resultados obtenidos.

LÁMPARAS FLUORESCENTES

LÁMPARAS FLUORESCENTES AHORRADORAS

2 x 75 2 x 40 2 x 60 2 x 34 TABLERO O CENTRO DE CARGA

185 95 150 85 ÁREA DE OFICINAS Y SALÓN DE EVENTOS

OFICINAS 2 1 2 1

SALÓN DE EVENTOS 0 7 0 7

RESTAURANTE Y BILLAR 16 2 16 3

ALBERCA TECHADA 0 3 0 3

CAPILLA 2 4 2 4

TOTAL DE LÁMPARAS 20 17 20 18

POTENCIA TOTAL (WATTS) 3,700.00 1,615.00 3,000.00 1,530.00

CUARTOS DE VAPOR CUARTOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA BAJA) 0 2 0 2

BAÑOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA ALTA) 18 3 18 3

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA ALTA) 9 11 9 11

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA BAJA) 0 2 0 2



ÁREA DE SQUASH PALAPAS Y TIENDA 0 4 0 4

SQUASH 35 0 35 0

SALÓN DE ESPEJOS 9 0 9 0

PALAPA Y JUEGOS 2 0 2 0

GIMNASIO 4 0 4 0


POTENCIA TOTAL (WATTS) 9,250.00 380 7,500.00 340 TOTALES



Tabla 5- 16: Lámparas de incandescentes que pueden ser sustituidas por lámparas ahorradoras

De 11,400.0W instalados en lámparas incandescentes se puede reducir un 80% teniendo 3,630.0W de lámparas fluorescentes ahorradoras. La razón por la que es factible sustituir dichas lámparas es porque son utilizados continuamente y no representan una carga tan grande pues el costo de sustituirlas se recuperará rápidamente.

En contraste con las lámparas de 40W que son utilizadas para los candelabros del salón de eventos. El tablero de las oficinas controla 94 lámparas con una carga total de 3,760.0 W y el talero del salón de eventos tiene 196 lámparas con una carga de 7,840.0 W. Tomando en

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cuenta que sólo es utilizado para eventos organizados por el club o cuando es rentado por los socios no es utilizado con la misma regularidad con la que se utilizan las demás instalaciones así se puede considerar que sólo se utiliza 8 horas por semana, en un año las lámparas se utilizarán 416 horas, las lámparas incandescentes tendrían una vida útil de 2 años.

Comprar 290 lámparas fluorescentes ahorradoras que no será utilizadas constantemente no representa un ahorro y el costo no puede ser absorbido rápidamente por el ahorro, aun teniendo 10,000 horas de vida útil. El consumo de dicho lugar en alumbrado no representa un consumo fuerte comparado con el consumo por instalar equipo de sonido y la utilización de la cocina y demás locales adjuntos. Se analizarán otras alternativas que podrían representar un ahorro de energía.

Para las lámparas fluorescentes se repite lo mismo que para las lámparas incandescentes analizando los tableros en donde se tienen lámparas fluorescentes. Los resultados fueron los siguientes:

LÁMPARAS FLUORESCENTES

LÁMPARAS FLUORESCENTES AHORRADORAS

2 x 75 2 x 40 2 x 60 2 x 34 TABLERO O CENTRO DE CARGA

185 95 150 85 ÁREA DE OFICINAS Y SALÓN DE EVENTOS

OFICINAS 2 1 2 1

SALÓN DE EVENTOS 0 7 0 7

RESTAURANT Y BILLAR 16 2 16 3

ALBERCA TECHADA 0 3 0 3

CAPILLA 2 4 2 4



CUARTOS DE VAPOR

CUARTOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA BAJA) 0 2 0 2

BAÑOS DE VAPOR MUJERES (PLANTA ALTA) 18 3 18 3

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA ALTA) 9 11 9 11

BAÑOS DE VAPOR HOMBRES (PLANTA BAJA) 0 2 0 2



ÁREA DE SQUASH

PALAPAS Y TIENDA 0 4 0 4

SQUASH 35 0 35 0

SALÓN DE ESPEJOS 9 0 9 0

PALAPA Y JUEGOS 2 0 2 0

GIMNASIO 4 0 4 0


POTENCIA TOTAL (WATTS) 9,250.00 380 7,500.00 340

TOTALES



Tabla 5- 17: Lámparas fluorescentes que pueden ser sustituidas por fluorescentes ahorradoras.

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Los resultados muestran que de 21.650 kW instalados en alumbrado fluorescente, la carga se puede reducir a 17.865kW con alumbrado fluorescente ahorrador lo que representa un 17.18 % menos. Al representar un número mayor de lámparas y tener un mayor costo al necesitar sustituir el balastro, se recomienda programar una sustitución escalonada para evitar un gran costo.

Propuesta para Iluminación de Chanchas Deportivas. Otra propuesta para mejoras en alumbrado es la recomendación de niveles de iluminación y tipo de luminarias en áreas deportivas que se encuentran en funcionamiento. Las recomendaciones servirán para poder tener referencias cuando la administración del club decida instalar o mejorar alumbrado en estas áreas.

Ninguna de las canchas de frontón posee alumbrado, aunque se han realizado competiciones nacionales en las que si se contó con alumbrado, actualmente no existe. En cuanto se requiera instalar alumbrado se presenta la siguiente propuesta:

Alumbrado en Canchas de Frontón. Las canchas de frontón tienen 10m de ancho por 30m de largo y 10 m de alto más 5 metros más de malla (15 metros en total). El nivel de iluminación requerido en canchas exteriores para competiciones internacionales y nacionales es de 500 Luxes con una uniformidad de 0.7.

Así se considerará la cavidad de 15m pues las lámparas deben estar por encima del área de juego hasta abarcar el piso. Así para calcular el coeficiente de utilización (CU) se debe calcular la relación de cavidad del local (RCL).

333.91030

)1030(145

=+

+××=

RCLmm

mmmRCL

Se seleccionó una lámpara marca Lumark de sodio de alta presión, cuya luminaria tiene reflector de aluminio, diámetro de 18” de 36,000 lúmenes y distribución para cavidades altas.

Figura 5- 12: Lámpara de sodio de alta presión marca Lumark de 36,000 lúmenes

176

Para el techo se considerara un porcentaje de reflexión de luz mínimo, y para las paredes se considera el color verde que es de un 7% y con la relación de cavidad de 9.333.

Tabla 5- 18: Tabla para determinar el coeficiente de utilización.

Con la tabla 5-18 se determina que el CU es de 0.22, y con éste valor, se procede a calcular las el factor de pérdidas totales (FPT). Del cual todos serán de valor 1 excepto los que se indiquen.

El rendimiento del reactor se considerará 0.95, el factor de variación de la reflectancia será de 0.98, la degradación luminosa será de 0.8 y la degradación por suciedad será considerada de 0.85. El producto resultan es de 0.633 que es el factor de pérdidas totales (FPT)

FPT=0.633

Con esto valores es posible calcular el número de luminarias requeridas para esta área:

lámparasNlámparalumenes

mLuxesN

9.29

633.022.01000,36

300500 2

=×××

×=

El número de lámparas será considerado de 30. Se considerarán 3 filas de 10 lámparas cada una. La figura 5-13 muestra las dimensiones del local y una forma en como se pueden colocar las luminarias.

177

Figura 5- 13

Alumbrado en Canchas de Squash. Para esta zona se propone el mismo modelo de lámpara por considerar apropiada también. Las dimensiones de la cancha son de 5.8m de ancho por 9.8m de largo y una altura de 5.5m, debe señalarse que las luminarias son colocadas al ras del techo por tener unas aberturas especiales para colocarlas protegidas por una reja que evitan que las pelotas golpeen a las luminarias.

Tabla 5- 19

El nivel requerido para las canchas de squash (handball) para un club deportivo es de 300 luxes. La cavidad es de 5.5m y con las dimensiones dadas se calcula la relación de cavidad del local:

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54.78.98.5

)8.98.5(5.55

=×

+××−=

RCLmm

mmmRCL

Para poder seleccionar el CU debe determinarse el porcentaje de luz que refleja la pintura de paredes, techo y piso, el color seleccionado es blanco viejo, y se considera así porque la actividad desgasta mucho la pintura blanca, y es de un valor de 76%.

De la tabla 5- 19 el CU es de 0.43 y el factor de perdidas totales será el mismo que el calculo anterior (FPT=0.633). El número de luminarias es el siguiente:

lámparasNlámparalumenes

mLuxesN

74.1

633.043.01000,36

84.56300 2

=×××

×=

Se considerará 2 luminarias, pero se calculará el número de lúmenes que proporcionarán con la siguiente fórmula:

LuxesEm

lámparalumenesE

e

e

8.34484.56

633.043.01000,36luminarias22

=

××××=

La colocación debe de ser en las cavidades ya construidas para la iluminación eléctrica y que también permite la entrada de la luz del sol permitiendo que durante el día no sea necesario utilizar las lámparas.

Alumbrado en Canchas de Tenis y Campo de Sóftbol. El alumbrado para áreas deportivas a la intemperie donde las lámparas y luminarias tienen que ser colocadas de manera que no deslumbren a los practicantes o jugadores, y permitan el libre desarrollo de la actividad deportiva evitan colocar las luminarias donde estorben o impidan el paso.

El Club deportivo carece de alumbrado deportivo por la razón de que las actividades deportivas se desarrollan en el día y en la tarde, pero debe considerarse que ha sido sede de torneos deportivos nacionales y probablemente en el futuro también por lo que necesitaran de alumbrado.

El alumbrado deportivo se diferencia de lo anteriormente propuesto porque tienen que alumbrar zonas al aire libre y generalmente es colocado en la parte lateral de la cancha, además la instalación de alumbrado tipo deportivo va estrechamente ligado a la compañía fabricante y distribuidora de luminarias y lámparas porque buscan colaborar con asesoría acerca de las características de sus productos con el ingeniero responsable del proyecto. Las propuestas aquí hechas están basadas en las recomendaciones hechas por la empresa Philips en el “Manual del Electricista” de Conductores Monterrey.

179

El tipo de luminario que ofrece la empresa es el modelo “Arena Vision” MVF403 para alumbrado deportivo al aire libre y proyección arquitectónica. La figura 5-14 muestra el tipo de proyector:

Figura 5- 14

Este modelo tiene mecanismos de apuntamiento de alta precisión en las partes superior de la carcasa y permite un ajuste horizontal del proyector para formar conjuntos agrupados. La figura 5-15 muestra la fotometría del proyector.

Figura 5- 15

Para la cancha de tenis, tomando en cuenta las recomendaciones del manual mencionado y cuyas medidas coinciden perfectamente (las de la canchas del club y las del manual), se consideran seis postes a una altura de 10.5m con un nivel de iluminación de 380 Luxes promedio. Las esquinas tienen solamente un proyector cada una y la parte media de la cancha tiene 2 para el centro de la misma.

Con una cantidad total de 8 proyectores y 6 postes, cada lámpara tiene una potencia de 1.13kW y tendrían una carga total de 9.04kW, se debe considerar en cuantas canchas desean instalar alumbrado. La figura 5-16 muestra el plano donde se puede apreciar la forma en que se instalarían los postes y as dimensiones de la cancha:

180

Figura 5- 16: Cancha de tenis

Para el alumbrado en las canchas de sóftbol se considerará solamente una de ellas que es la que se utiliza para eventos deportivos como torneos, dejan las demás libres para los usuarios y socios del club. La iluminación se basa en las mismas recomendaciones del Manual del Electricista.

Las recomendaciones especifican que para la zona interior de la cancha (935.0m2) el nivel de iluminación recomendado es de 300 Luxes y para la parte exterior de la cancha (2,785.0m2 con un radio de 61m) el nivel recomendado es de 200 Luxes. Los postes son numerados en tres letras dependiendo de su localización, así los postes A están alrededor en la esquina de la cancha y tiene una altura de 12m los postes B se localizan en las dos esquinas de la cancha mientras los postes C se localizan en la parte exterior de la cancha a 61 m y se localizan trazando una línea abierta 29° grados de la parte lateral hacia adentro, tiene una altura de 15m.

Los postes A1 y A2 poseen 4 proyectores cada uno, lo postes B1 y B2 poseen también 4 proyectores cada uno la igual que los postes C1 y C2. El total de proyectores es de 24 con una potencia de 1.63kW cada uno, lo que representa una potencia de 39.12kW. El plano siguiente (figura 5-17) muestra las dimensiones de la cancha de sóftbol y las dimensiones donde se recomienda localizar los postes, se tomaron las medidas mínimas recomendadas en el manual:

181

26°

26°

18 m

1.5 m

27 m

7.5 m

6 m

C1

C2

A1

A2

B1

B2

61 m

Recomendaciones para Alumbrado en Cancha de Softbol del Club Deportivo Real del Potosí

Figura 5- 17

182

5.6. Recomendaciones para la Aplicación de las Mejoras Propuestas.

Con las propuestas presentadas es preciso aclarar que no se pueden aplicar todas de manera inmediata, si no que se debe establecer un programa previo donde se clasificarán las propuestas de corto, mediano y largo plazo.

Las propuestas a corto plazo son aquellas pueden que ser realizadas lo mas pronto posible o también aquellas que por su importancia deben ser aplicadas aún tomando en cuenta que tenga un costo económico considerable. El tiempo de aplicación de estas recomendaciones se puede terminar en semanas o meses y sólo requiere de una pequeña programación para aplicarlas, incluso las mas sencillas pueden ser hechas por los trabajadores del club y las demás deben ser hechas por un técnico calificado o una empresa de instalaciones eléctricas, siempre se debe de supervisar que se realizó el trabajo como se indico. Las acciones que se consideran así son:

1. Cambio de lámparas incandescentes por lámparas ahorradoras fluorescentes. 2. Sustitución de lámparas fluorescentes por lámparas fluorescentes compactas,

incluyendo su balastro. 3. Instalación de bancos de capacitores en las bombas de calor, acción que ya se

realizó con buenos resultados. 4. Limpieza y mantenimiento a los tableros de carga y a toda la instalación en general. 5. Instalación de un tablero de circuitos derivados junto con las protecciones

termomagnéticas de todos ellos y un interruptor termomagnético general. 6. Realizar una nueva instalación eléctrica para el sistema de bombas de calor, lo que

incluye tubería conduit y cableado, y un centro de carga. 7. Reconexión de fases en tableros de alumbrado, centros de carga y CCMs para lograr

un bajo porcentaje de desbalance.

Dentro las propuestas consideradas a mediano plazo las cuales pueden aplicarse de manera escalonada ya sea por su costo o porque para su realización depende de la contratación de empresas de proyectos e instalación eléctrica o técnicos calificados, para hacer las correcciones recomendadas y mantenimiento en otras áreas. Las acciones clasificadas aquí son:

1. Separación entre el circuito de la bomba de aguas jabonosas y el circuito del área de squash y restaurante y posterior instalación de cableado para alimentación de dicho circuito.

2. Sustitución o reparación de centros de carga que se encuentren totalmente deteriorados, conectando los circuitos de la manera recomendada para lograr un porcentaje de desbalance bajo.

3. Instalación de protecciones termomagnéticas en circuitos derivados para protegerlos contra sobrecargas y cortocircuito.

4. Programación, por parte de la administración del club, de un estudio para sustitución del actual sistema de filtrado de la alberca consultando con fabricantes y distribuidores de dichos equipos.

183

Las propuestas a largo plazo son aquellas que solamente podrán ser realizadas si la administración del club decide que es factible o no hacerlas o que pueden ser pospuestas para tiempo después. Dentro de las propuestas que se consideran en esta clasificación son:

1. Instalación de un nuevo sistema de filtrado para la alberca exterior, considerando una nueva instalación eléctrica para dicho equipo como cableado de alimentación, CCM (que incluye arrancadores, protecciones térmicas y termo magnéticas) e incluso se debe considerar un banco de capacitores.

2. Instalación de alumbrado en canchas de squash y frontón. 3. Instalación de alumbrado deportivo en campos de tenis y softbol. La cancha de tenis

representa mas interés, lo que podría hacer que se considere instalarla en un tiempo menor, debe considerarse primero el hecho de que se debe instalar cableado en el circuito de squash y restaurante que es el que alimentaría a esta zona.

Con esta recomendación se concluye el análisis y estudio de la instalación eléctrica del club deportivo y las propuestas presentadas para corregirla y mejorarla.

184

CONCLUSIONES

La instalación eléctrica del club deportivo y las cargas y equipos eléctricos que alimenta, han estado en servicio desde hace mas de 20 años, y naturalmente presentan una degradación ya sea por la utilización cotidiana, por el clima y por las ampliaciones realizadas de manera inadecuada.

Un estudio de consumo y demanda de energía eléctrica permite corregir y mejorar dicha instalación eléctrica. Esto permite que la instalación eléctrica cumpla con las normas establecidas por las autoridades reguladoras y la compañía suministradora (CFE), en este caso la Norma Oficial Mexicana (NOM), procurar un ahorro del consumo de energía eléctrica o utilizarla de manera racional, mejorar el estado de toda la instalación y mejorar la calidad en instalaciones de alumbrado.

La importancia de este estudio radica que los responsables de la instalación eléctrica y de los equipos y máquinas que alimenta, pueden tener una perspectiva clara de qué es lo que deben hacer para empezar a aplicar las acciones correctivas. Lo anterior evita hacer reparaciones que obedecen a las fallas sin base ni método alguno. Cabe destacar que el estudio de consumo de energía eléctrica tendrá validez siempre y cuando sea aplicado de manera adecuada, de lo contrario no se observarán cambios importantes.

En todo caso le permite a los encargados del mantenimiento y la administración del club deportivo, ver la importancia de mantener una instalación eléctrica segura, limpia y eficiente. Pero también, éste estudio permitió entender cómo es posible aplicar los métodos de un análisis energético para encontrar resultados aplicables.

Así, al aplicar las recomendaciones dadas por el FIDE para lograr una reducción del consumo de energía eléctrica, el ahorro se verá reflejado en el recibo de la Comisión Federal de Electricidad. Se concluye que es viable aplicar las recomendaciones y que los resultados encontrados representan un ahorro económico tanto a corto como a mediano y largo plazo.

Además de que las recomendaciones del FIDE fueron una guía para enfocarse en los puntos necesarios a estudiar y analizar, como lo fueron el alumbrado, factor de potencia, caídas de voltaje en conductores, porcentaje de desbalance entre fases, cumplimiento con las norma NOM y análisis de consumo en sistemas de bombeo y filtrado de albercas. Sin ésta información probablemente este estudio sería confuso.

Pero primordialmente ayudó en los resultados obtenidos, porque las propuestas presentadas tienen como finalidad reducir el consumo de energía eléctrica que se busca se vea reflejado en el recibo de la CFE, como se dijo anteriormente. Así las propuestas presentadas como la corrección del factor de potencia, sustitución de lámparas incandescentes y fluorescentes por lámparas ahorradoras, mejora en conductores y centros de carga, cambio de calibres de conductores para reducir las pérdidas en los mismos y propuestas para mejorar el sistema de bombeo y filtrado en albercas deberán verse reflejadas en los costos futuros por consumo de energía eléctrica.

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BIBLIOGRAFÍA

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ANÁLISIS, DIAGNÓSTICO Y MEJORAS AL SISTEMA ELÉCTRICO DE UN CLUB DEPORTIVO - Ing. Victor M Falcon

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