Libro de Pasant a Jon s Gonz lez159.90.80.55/tesis/000145270.pdf · 2.2.7. PDVSA ... Como único...

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ELABORACION DE MANUAL DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS EN BAJA Y MEDIA TENSIÓN

Por:

Jonás Isaías González Mendible

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Sartenejas, Enero de 2009

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA


Por:

Jonás Isaías González Mendible

Realizado con la asesoría de:

Tutor Académico: Prof. Pedro Maninat Tutor Industrial: Ing. Jorge Kesic

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista

Sartenejas, Enero de 2009

iv


Por: Jonás Isaías González Mendible

RESUMEN

Para la realización del manual, se efectuó primeramente la lectura y análisis detallado del Manual de Diseño de Instalaciones Eléctricas en Plantas Industriales, elaborado en el año 1.990 como informe de pasantía por J. Alves y J. Rollingson. Luego cada capítulo se redactó de forma esquemática revisando la documentación bibliográfica contenida en la base de datos del Departamento de Electricidad de Empresas Y&V, para lo cual se requirió de libros de texto, proyectos de investigación, manuales de equipos, especificaciones, planos, catálogos de fabricantes, y algunos documentos de archivo. Los aspectos de cada capítulo fueron descritos utilizando como apoyo dibujos, diagramas unifilares ilustrativos, fotos de catálogos, tablas y referencias, tanto al Código Eléctrico Nacional, como a normas importantes. Centros de Potencia, Centros de Control de Motores, Tableros, Motores, Esquemáticos de Control, Sistema de Calidad de la Empresa y Hojas de Datos de Equipos fueron los siete capítulos a desarrollar. Se hizo referencia a los procedimientos de diseño y de cálculo existentes en la empresa, con el objetivo particular de hacer al lector ubicar la información del manual dentro del contexto práctico de los mismos. Se incluyeron tanto índices como bibliografía por capítulo. Luego de culminado cada uno, fue presentado un borrador al tutor industrial, con el fin de recibir las correcciones necesarias antes de iniciar el siguiente. Una vez finalizado el manual, fue entregado al tutor académico, para obtener de él nuevas correcciones y recomendaciones, en este caso para adecuar el texto a las exigencias de la Universidad.

v

AGRADECIMIENTOS

A mis Padres, por haberse esforzado para yo llegar donde estoy. Además por su valiosa ayuda

desde la distancia en esas semanas.

Al Ingeniero Mauricio Amato, Ingeniero de Proyectos de Empresas Y&V, por haberme

recomendado para este trabajo.

Al Profesor Pedro Maninat, por su cortesía en haber colaborado conmigo en este trabajo en

representación de la Universidad.

A mis Abuelos, por haberme brindado todas las comodidades durante mi trabajo en la empresa.

Qué atención. Como siempre.

A mi Tutor, el Ingeniero de Proyectos Jorge Kesic, por su constante supervisión. Además, por

haberme respondido siempre “La Pregunta del Día”.

A mis compañeros Benito, Cristina, Jomar, Massimo y Daniel. Gente brillante, que además

hacen bien amenos los ratos libres.

A mi cada vez mas bella novia, por su apoyo a distancia, mentalidad positiva, preocupación y

motivación para que todo saliera “siempre bien”.

A todos los que de alguna u otra forma tuvieron alguna vinculación con el progreso adecuado

de mi trabajo.

vi

INDICE GENERAL

RESUMEN.....................................................................................................................................iv

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................ v

INTRODUCCION ......................................................................................................................... 1

El Problema ................................................................................................................................. 1 Justificación del Problema ........................................................................................................... 1 Objetivo General .......................................................................................................................... 2 Objetivos Específicos .................................................................................................................. 2 Antecedentes ................................................................................................................................ 3 Limitaciones ................................................................................................................................ 3

CAPITULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ................................................................. 4

1.1. Historia ................................................................................................................................. 4 1.2. La Asociación ....................................................................................................................... 4

1.2.1. Y&V Ingeniería y Construcción ................................................................................ 4 1.2.2. Y&V Construcción y Montaje ................................................................................... 5 1.2.3. Y&V Operación y Mantenimiento ............................................................................ 5 1.2.4. Y&V Ecoproyectos .................................................................................................... 5

1.3. Localización de la empresa ................................................................................................... 6 1.4. Filosofía de la empresa ......................................................................................................... 6

1.4.1. Misión ........................................................................................................................ 6 1.4.2. Visión ......................................................................................................................... 7 1.4.3. Valores ....................................................................................................................... 7

1.5. Política de Calidad de Empresas Y&V ................................................................................. 7 1.6. Estructura organizacional de la empresa .............................................................................. 8

CAPITULO 2. MARCO TEORICO ............................................................................................ 9

2.1. Fases de Ejecución de un proyecto en Empresas Y&V ........................................................ 9 2.1.1. Fase de Visualización .............................................................................................. 10 2.1.2. Fase de Conceptualización ...................................................................................... 10 2.1.3. La Especificación de Equipos en la Fase de Definición .......................................... 11 2.1.4. Fase de Implantación ............................................................................................... 12

2.2. Normas................................................................................................................................ 13 2.2.1. ANSI ........................................................................................................................ 13 2.2.2. NEMA ...................................................................................................................... 13 2.2.3. IEEE ......................................................................................................................... 14 2.2.4. NFPA ....................................................................................................................... 14 2.2.5. ASTM ...................................................................................................................... 15 2.2.6. FONDONORMA ..................................................................................................... 15 2.2.7. PDVSA .................................................................................................................... 16 2.2.8. ISO ........................................................................................................................... 16

2.3. Los Procedimientos Y&V .................................................................................................. 16 2.4. Las Instalaciones Eléctricas Industriales ............................................................................ 17 2.5. Breve descripción de los equipos a tratar en el manual ...................................................... 17

vii

CAPITULO 3. MARCO METODOLÓGICO .......................................................................... 20

3.1. Conocimientos previos ....................................................................................................... 21 3.2. Análisis de información existente ....................................................................................... 21 3.3. Entrega del borrador ........................................................................................................... 21

CAPITULO 4. EL MANUAL ..................................................................................................... 22

4.1. Formato de los Capítulos .................................................................................................... 22 4.2. Estructura de los Capítulos ................................................................................................. 23

4.2.1. Título ........................................................................................................................ 23 4.2.2. Tabla de Contenido .................................................................................................. 23 4.2.3. Objetivo ................................................................................................................... 23 4.2.4. Introducción ............................................................................................................. 23 4.2.5. Definiciones ............................................................................................................. 24 4.2.6. Desarrollo del capítulo ............................................................................................. 24 4.2.7. Normas aplicables .................................................................................................... 25 4.2.8. Contenido típico de una Especificación................................................................... 25 4.2.9. Procedimiento Y&V ................................................................................................ 26 4.2.10. Referencias bibliográficas ..................................................................................... 26 4.2.11. Anexos ................................................................................................................... 26

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 27

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 29

1

INTRODUCCIÓN

El Problema

Desde el año 2007, Y&V Ingeniería y Construcción ha decidido dar prioridad a la contratación

de ingenieros recién graduados en sus respectivas universidades, para adaptarlos en el menor

tiempo posible a su labor dentro de la empresa: asumir responsabilidades dentro de los proyectos

a los cuales son asignados.

En el proceso de adaptación de los ingenieros, la empresa tiene un objetivo primordial:

conseguir que el personal cuente con las herramientas teóricas básicas necesarias para un óptimo

desempeño, por supuesto bajo el marco de los proyectos asociados. Para lograr esto, ha tenido la

intención de centralizar los criterios existentes en el Departamento de Electricidad, para así poder

contar con un texto de consulta rápida que tenga tal formulación teórica que los sustente. Es por

eso que se ha decidido poner en marcha la elaboración de un manual de referencia como fuente

de consulta primaria, en el intento de abarcar toda la información base para diseñar las

instalaciones eléctricas de forma adecuada y con criterios sólidos.

Justificación del Problema

Comenzar el camino en el mundo laboral, luego de varios años de educación universitaria, de

entrada implica el primer contacto con la realidad, la cual trae consigo problemas distintos, por

ser más complejos con respecto a los que se ha acostumbrado tratar. Lo anterior, sumado a lo

inédito en cuanto a situaciones, cálculos, equipos y otros aspectos de esta nueva realidad a la cual

ha de enfrentarse el novel ingeniero, constituye un motivo suficiente para que surjan en él ciertas

dudas y contradicciones. Empieza entonces a darse cuenta, que dentro del entorno laboral, el

conocimiento obtenido en sus años como estudiante es simplemente modesto. Por lo tanto a veces

puede resultar insuficiente dependiendo del problema que se le solicite resolver, más aún cuando

muchas veces no existe un único criterio válido para tomar decisiones o para enfrentar una

situación problemática determinada.

Ante este hecho, el manual se convierte en una herramienta importante para que el ingeniero

tenga un respaldo de información didáctica pero con visión práctica, denso en referencia a

2

normas y procedimientos, y con escasa referencia a los programas digitales. Todo esto con el fin

de buscar principalmente que logre en el menor tiempo posible el nivel de conocimiento y

seguridad en el diseño que a su vez le permita por sí mismo asumir responsabilidades en los

proyectos a los cuales ha sido asignado.

Otra razón fundamental que avala la utilidad de este manual es la que tiene que ver con los

procedimientos mencionados anteriormente. Estos únicamente se limitan a dar las directrices

prácticas sobre la realización de alguna labor en particular. Por lo tanto el recién ingresado podría

confrontar alguna dificultad, por ejemplo, en el momento de interpretar la secuencia de pasos que

supone la correcta ejecución de dicho procedimiento, ya que en ellos las bases teóricas sobre los

equipos o acciones que son tomados en cuenta son muy breves o inexistentes. Teniendo a la

mano un compendio sintetizado de toda esa información, la persona podrá ahorrar tiempo valioso

de investigación que tendría que hacer de manera previa al trabajo que en verdad debe llevar

adelante.

Finalmente, la existencia de este manual contribuye con el mejoramiento de la base de

conocimiento de Empresas Y&V, específicamente con su Sistema de Calidad.

Objetivo General

Desarrollar el manual de referencia de la disciplina Electricidad, que sirva de consulta a todos

los ingenieros del departamento y en especial, sirva como fuente primaria de conocimiento para

todos los ingenieros recién graduados que ingresen a la empresa.

Objetivos Específicos

Objetivo de Primera Fase (duración aprox.: 2 semanas)

• Conocer la empresa, modo de trabajo, estructura organizacional, entre otros aspectos

importantes.

Objetivos de Segunda Fase (duración aprox.: 14 semanas) Preparación del borrador de cada capítulo incluyendo:

3

• Introducción, Objetivo y Definiciones.

• Valores recomendados, implicaciones en el diseño.

• Método manual de cálculo (si aplica). Descripción por pasos.

• Método de cálculo de atajo para estimación rápida (si aplica)

• Ejemplos prácticos.

• Referencia a procedimientos de diseño asociados al tema, existentes en la empresa.

Descripción breve del software en caso de estar incluido alguno en el procedimiento.

• Lista de normas técnicas de consulta.

Objetivos de Tercera Fase (duración aprox.: 4 semanas)

• Compilación del volumen definitivo: prefacio, contenido, introducción, capítulos, índice,

figuras, tablas, referencias.

• Presentación del trabajo a la empresa y posteriormente a la Universidad.

Antecedentes

Como único antecedente para este trabajo se encuentra el “Manual de Diseño de Instalaciones

Eléctricas en Plantas Industriales” elaborado por J. Alves y J. Rollingson. Fue elaborado para la

empresa OTEPI Consultores en 1.990.

Limitaciones

La única limitación de importancia, en cierta medida, para este trabajo, ha sido el hecho de no

haber podido contar con una experiencia de campo que sirviera de apoyo a todo el material

teórico que se manejó durante el trabajo en la empresa. Hubiese significado un entendimiento

más rápido de los conceptos previo a la redacción de los capítulos.

4

CAPÍTULO 1

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

1.1. Historia

Empresas Y&V nace como corporación en 1985 bajo el nombre de Yanes & Asociados,

Estudios y Proyectos C.A., siguiendo la pauta dejada por la Oficina Técnica de Ingeniería Adolfo

Yanes, la cual se mantuvo en operaciones en el período comprendido entre 1954 y 1985. Surge

entonces, ante la necesidad en el mercado de recibir de parte de una misma entidad los servicios

de las diferentes áreas involucradas en el desarrollo de un programa de ingeniería.

1.2. La Asociación

Hasta el año 2005, la estructura de la empresa consistía en una asociación de 6 corporaciones:

Yanes & Asociados, DRV Construcciones, Procegas, Ecoproyectos, Vectra y Net-Tel. A partir

de ahí, el grupo de empresas se unió formando así Empresas Y&V, esta unión trajo una nueva

imagen y una nueva distribución. Actualmente, Y&V se divide en cuatro empresas que realizan

actividades enfocadas a distintos aspectos de la ingeniería y la ejecución de proyectos, las cuales

gozan de autonomía en las decisiones y estructuras de costo, y a su vez, comparten las mismas

políticas en las áreas de recursos humanos, administrativa y financiera permitiendo la interacción

del personal en las distintas áreas. Estas empresas son: Y&V Construcción y Montaje, Y&V

Ecoproyectos, Y&V Operación y Mantenimiento, Y&V Ingeniería y Construcción.

1.2.1. Y&V Ingeniería y Construcción

Yanes & Asociados, posteriormente Y&V Ingeniería y Construcción, se constituye como

Empresa de Servicios de Ingeniería de Consulta en 1985, siguiendo el camino dejado por la

Oficina Técnica de Ingeniería Adolfo Yanes.

5

Así, Yanes & Asociados ha acumulado más de 40 años de experiencia en consultoría, prestando

servicios en los sectores de petróleo y gas, petroquímica, industrial e infraestructura, lo que le ha

permitido adquirir una sólida experiencia que pone a disposición de sus clientes.

Y&V Ingeniería y Construcción ofrece sus servicios en diseño y desarrollo de soluciones en el

área de ingeniería de consulta y construcción para los sectores de petróleo y gas, petroquímica,

industrial e infraestructura.

1.2.2. Y&V Construcción y Montaje

Y&V Construcción y Montaje, C.A. nace con el propósito de ofrecer soluciones integrales en el

área de la construcción, asegurando costos, calidad, tiempo de ejecución y seguridad. La empresa

actúa como contratista en la ejecución de obras de ingeniería y cuenta con una capacidad para

realizar obras que superan 1.500.000 horas hombre al año. Y&V Construcción y Montaje ofrece

servicios de Ingeniería, Procura, Construcción, Gerencia de Proyectos y Proyectos IPC.

1.2.3. Y&V Operación y Mantenimiento

Fundada en 1.968 bajo el nombre de Vectra, Y&V Operación y Mantenimiento presta servicios

técnicos y gerenciales en la operación y mantenimiento de plantas en los sectores de petróleo y

gas, petroquímico e industrial. Desde su fundación, la compañía ha prestado servicios

profesionales en forma continua en Venezuela, tanto a clientes del sector privado como del sector

público, a lo largo de las diferentes fases de un proyecto de inversión como son Investigación de

mercados, evaluación económica, arranque y puesta en marcha, operación y mantenimiento.

1.2.4. Y&V Ecoproyectos

Y&V Ecoproyectos se encarga de diseñar y desarrollar soluciones en el área de ambiente,

fundamentalmente para los sectores de petróleo y gas, petroquímico e industrial. Surge en 1.989

por iniciativa de un grupo de profesionales de las áreas de ecología e ingeniería ambiental debido

a las necesidades de la industria en dichas materias. Actualmente Ecoproyectos posee la

certificación RASDA (Registro de Actividades Susceptibles de Degradar el Ambiente), otorgada

6

por el Ministerio de Ambiente y de los Recursos Naturales, que permite el manejo de desechos

susceptibles de degradar el ambiente.

Figura 1.1. Empresas que conforman la Asociación (http://www.empresas-yv.com)

1.3. Localización de la empresa

Empresas Y&V posee oficinas a nivel nacional e internacional, enlazadas mediante sistemas en

red de alta tecnología que permiten la movilización rápida de la información y contando con la

presencia directa de personal de la empresa en puntos clave de la geografía nacional.

El proyecto de pasantía aquí presentado fue realizado en la sede principal de Y&V Ingeniería y

Construcción, la cual se encuentra ubicada en el Edificio Panaven, Avenida San Juan Bosco,

cruce con Tercera Transversal, Altamira, Caracas. Las oficinas regionales se encuentran en las

ciudades Maracaibo, Punto Fijo, Maracaibo, Anaco y Puerto La Cruz, mientras que las oficinas

internacionales se ubican en Miami, (EEUU), Ciudad de México (México) y Calgary (Canadá).

1.4. Filosofía de la empresa (Fuente: Base de Datos de Empresas Y&V “YV Intranet”)

El desarrollo de las actividades de la empresa se realiza teniendo como norte los siguientes

lineamientos.

1.4.1. Misión

“Ser una empresa de servicios de clase mundial, que promueva el desarrollo de su personal y de

la sociedad”

7

1.4.2. Visión

“Ser la empresa a la cual todos los clientes quieren contratar y en donde todas las personas quieren

trabajar. Demostrar que las empresas venezolanas son capaces de lograr el reconocimiento de clase

mundial y en cuanto a su personal, lograr el crecimiento personal y profesional, mejorando su calidad de

vida y percibiendo la satisfacción de los logros de la organización”

1.4.3. Valores

• Reconocimiento y respeto al individuo

• Proactividad, pasión, compromiso

• Integridad

• Disposición al logro y espíritu competitivo

• Mejoramiento continuo en la búsqueda de desarrollo personal y profesional del capital

humano

• Trabajo en equipo

1.5. Política de Calidad de Empresas Y&V

Empresas Y&V cuenta con las más importantes certificaciones, tal como la ISO (Organización

Internacional de Normalización) 9001-2000 otorgada por FONDONORMA (Fondo para la

Normalización y Certificación de Calidad), para toda la línea de servicios de Ingeniería, Procura

y Construcción, que la avalan como una corporación que cumple con los más exigentes

estándares de calidad en el desarrollo de sus procesos y servicios.

Su política es la siguiente, Disponible en la Base de Datos de la empresa, Y&V Intranet:

“Satisfacer los requerimientos y expectativas de nuestros clientes mediante servicios de

ingeniería y construcción adecuados, confiables y oportunos, basados en:

• Procesos normalizados

• Un sistema de mejoramiento continuo

• Compromiso de su personal con la calidad.”

8

1.6. Estructura organizacional de la empresa

La estructura organizacional actual de la empresa se presenta en la Figura 1.2. Allí se muestran

las responsabilidades y autoridades del personal de Y&V Ingeniería y Construcción descritas en

el manual de organización y políticas de la misma. La Gerencia del Departamento de Electricidad

se encuentra bajo la dependencia de la Vicepresidencia de Ingeniería.

Figura 1.2. Estructura Organizacional de la Empresa (Fuente: Manual de Organización y Políticas, disponible en Y&V Intranet).

9

CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

2.1. Fases de Ejecución de un proyecto en Empresas Y&V

Figura 2.1. Mapa de Procesos asociado a las fases de ejecución de un Proyecto (Fuente: Y&V Intranet)

El proceso se inicia cuando el cliente hace la invitación a ofertar, la Vicepresidencia Comercial

recibe la invitación y los términos de referencia por parte del cliente, remitiéndolos a un

Coordinador de Logística de Ofertas, el cual crea el expediente de la misma. Luego de examinar

los términos de la oferta y completar un formato del Sistema de Gestión Comercial, se decide si

se participa o no en la oferta; en caso de participar, la Vicepresidencia Responsable (Ingeniería,

Servicios Técnicos o Construcción, según sea el caso) asigna un Coordinador Técnico de la

Oferta recopila la información necesaria mediante reuniones aclaratorias o visitas al sitio, según

sea necesario. Con toda la información recabada, se elabora la oferta y se envía al cliente, el cual

la acepta o rechaza.

10

Si se obtiene la buena pro, se realiza la transferencia de la oferta a la Vicepresidencia Ejecutora

y se realiza la apertura del proyecto, designando al gerente, planificador y personal de

aseguramiento de la calidad, entre otros. Seguidamente se solicitan y asignan los recursos

necesarios para el desarrollo del proyecto, se define el alcance y se realiza la reunión de arranque;

acto seguido, se planifica el proyecto.

En la etapa anterior se han definido estrategias, actividades y secuencias, así como se han

determinado duraciones. Se preparan entonces planes de calidad, planes de procura, etc., hasta

que se elabora en definitiva el manual del proyecto. La función principal del mismo es la de

definir y comunicar los medios por los cuales el proyecto será ejecutado para satisfacer los

requisitos contractuales.

Los proyectos de ingeniería en Empresas Y&V, constan de cuatro fases: Visualización,

Conceptualización, Definición e Implantación.

2.1.1. Fase de Visualización

Aquí se originan las ideas, se establecen las bases de recursos y el plan de negocios.

Adicionalmente es necesario enumerar los propósitos verificando los objetivos y las estrategias

corporativas, mediante la definición del alcance preliminar del proyecto.

En esta fase, se debe elaborar un estimado de costos de baja confiabilidad o de “Clase V” (15%

de probabilidad de que los costos estén dentro del 10% por encima o por debajo). Con este

estimado se permite obtener una referencia para evaluar los riesgos y la factibilidad del proyecto.

2.1.2. Fase de Conceptualización

Se visita el sitio en campo. De allí se recopila la información necesaria para luego establecer las

primeras bases y criterios del diseño eléctrico. Se realizan los primeros estimados con respecto a

la demanda eléctrica, se seleccionan los niveles de tensión, se conceptualiza la infraestructura

eléctrica, las rutas de circuitos. En caso de ser necesaria la generación interna también se evalúa

11

su infraestructura, el combustible, etc. Todo esto con la finalidad de elaborar los diagramas

unifilares preliminares y hacer un primer inventario general de equipos eléctricos.

2.1.3. La Especificación de Equipos en la Fase de Definición

Esta etapa corresponde a lo que se conoce comúnmente como Ingeniería Básica, en la cual se

estudia a fondo del Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), donde: se analizan listas de equipos, se

realizan estudios de cargas, se seleccionan y ubican dispositivos de seccionamiento y protección,

entre otras labores. Luego se procede a la simulación de manera digital de dicho SEP, y si los

resultados son satisfactorios, se elaboran nuevos diagramas unifilares, en este caso, más precisos.

A continuación se realiza el diseño, el cual comprende actividades como: diseño de

subestaciones, líneas de transmisión, líneas de sub-transmisión y distribución, entre otras, además

del diseño de instalaciones eléctricas industriales, cuyos equipos son objeto de estudio de este

manual. De todos estos diseños, se generan planos, rutas y documentos de soporte de ingeniería,

con lo cual se realiza:

La Memoria Descriptiva: Es una actividad que comprende la descripción general del proyecto.

Esta debe contener información sobre la localización de la planta, la subestación, etc., además de

las normas o lineamientos aplicados en la ejecución del diseño. Es decir, una explicación que

abarque todo el trabajo a efectuarse de forma concisa.

La Memoria de Cálculo: Se trata de la realización de un documento que engloba todos los

cálculos efectuados durante el diseño tanto del sistema eléctrico de potencia e industrial como el

diseño de subestaciones y líneas de transmisión y distribución, según aplique o según los

requerimientos.

Las listas de Materiales Eléctricos y Cómputos Métricos: Son listados de los materiales

necesarios para llevar a cabo la implantación del diseño eléctrico en general, así como una

estimación de las cantidades requeridas. Los cómputos métricos proporcionan una descripción

más detallada de los materiales y equipos considerados en dicha lista, tomando en cuenta detalles

de instalación y suministro.

12

Las Especificaciones de Equipos: Son compendios de los requerimientos técnicos de los

equipos que se consideran prioritarios dentro del diseño, de tal forma que sea posible generar un

diagrama unifilar donde se indique sus características eléctricas, ubicación, etc., definir la

tecnología de los equipos a emplear y realizar un estimado de costos “clase IV”, en el cual, con la

ingeniería conceptual completada y con el diseño básico avanzado la probabilidad de que los

costos finales resulten dentro de más o menos 10% del estimado, es de un 30%.

Cuando a un ingeniero o a un grupo de ingenieros se les asigna la labor de especificar un

equipo, se le exige elaborar un documento, regularmente dentro de un formato preestablecido, en

el cual se indiquen todas las características del equipo que se necesita para la elaboración de las

instalaciones eléctricas a las cuales se les ha hecho referencia anteriormente.

En la empresa, las especificaciones técnicas son realizadas regularmente por los ingenieros

designados para laborar en algún proyecto en específico. El documento es seguidamente firmado

por el líder del proyecto, para finalmente ser aprobado por el gerente del mismo.

2.1.4. Fase de Implantación

En esta fase se deben cumplir dos objetivos principalmente, el primero consta en realizar la

contratación, para lo cual se consideran las empresas calificadas para trabajar en el proyecto. El

segundo objetivo es la ejecución del mismo, la cual contempla la realización de la denominada

Ingeniería de detalle, la procura de materiales y equipos, y la construcción. Entre los productos o

documentos referentes a la ingeniería de detalle de un proyecto están: los cómputos métricos, las

requisiciones, las órdenes de compra, etc., además de las listas de materiales y nuevas

especificaciones de equipos.

Ahora bien, las especificaciones de los equipos “grandes” (en referencia a éstos cuyos

documentos de solicitud deben entregarse al fabricante con gran tiempo de anticipación) se

realizan, como se ha indicado, en la ingeniería básica. Esto con el fin de contar con tales equipos

para cuando empiecen las labores de construcción. Transformadores de potencia, gabinetes,

motores grandes (más de 500 caballos de fuerza), entre otros, forman parte de este grupo. Por el

contrario, motores medianos y pequeños, tableros y transformadores de distribución, cables,

13

transformadores de medida y control, dispositivos de protección, etc., son equipos que en esta

etapa son especificados, debido a que se obtienen sin relativa demora.

2.2. Normas

Las normas son documentos elaborados por instituciones nacionales e internacionales,

reconocidas mundialmente. Estos documentos indican los requerimientos técnicos mínimos que

deben cumplirse en un determinado diseño de ingeniería, fabricación y montaje de equipos,

construcción, inspección, arranque y puesta en marcha, con la finalidad de estandarizar la

información y los procesos.

2.2.1. ANSI

Forma abreviada de American National Standards Institute, es una organización privada sin

fines de lucro formada en 1.918 (aunque bajo el nombre de AESC, American Engineering

Standards Comitee) y cuya membresía es conformada por agencias gubernamentales,

organizaciones, corporaciones, profesionales con conocimiento reconocido en el área, entre otros.

Su labor se centra en el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos, sistemas y

personal en los Estados Unidos. También coordina los mencionados estándares con otros de

índole internacional de tal forma que los productos americanos puedan ser utilizados en todo el

mundo (tomado de http://www.ansi.org).

2.2.2. NEMA

Forma abreviada de National Electrical Manufacturers Association, fue creada en 1.926 tras la

fusión de dos asociaciones. Este organismo es el responsable de numerosos estándares

industriales comunes usados en el campo de la electricidad. Sus miembros son compañías

fabricantes de productos eléctricos (cerca de 450 de ellas), utilizados en la transmisión,

generación, distribución, control y utilización final de la energía eléctrica. Entre otros, la NEMA

ha establecido una amplia gama de estándares para encerramientos de equipamientos eléctricos,

publicados en la famosa publicación 250, eventualmente usada en este trabajo (tomado de

http://www.nema.org).

14

2.2.3. IEEE

IEEE corresponde a las siglas de The Institute of Electrical and Electronics Engineers, el

Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación técnico-profesional mundial

dedicada a la estandarización, entre otras cosas. Fue creada en 1.884 y es la mayor asociación

internacional sin fines de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como

ingenieros eléctricos, ingenieros en electrónica, científicos de la computación, ingenieros en

informática e ingenieros en telecomunicación.

Mediante sus actividades de publicación técnica, conferencias y estándares basados en

consenso, el IEEE produce más del 30% de la literatura publicada en el mundo sobre ingeniería

eléctrica, en computación, telecomunicaciones y tecnología de control, organiza más de 350

grandes conferencias al año en todo el mundo, y posee cerca de 900 estándares activos, con otros

700 más bajo desarrollo (tomado de http://www.ieee.org).

2.2.4. NFPA

La National Fire Protection Association es una organización americana (aunque forman parte

de ella algunos miembros internacionales) encargadas principalmente de la elaboración de

normas y requerimientos para la prevención contra incendios así como la extinción, selección de

equipamiento, etc., así como otros estándares y códigos destinados a la preservación de la vida.

Esta organización fue formada en 1.896 por un grupo de representantes de una compañía de

seguros, y la membresía en principio estaba limitada a firmas similares. En 1.904 se permite tanto

a otras compañías como a profesionales individuales participar activamente en el desarrollo de las

normas.

Entre sus publicaciones se encuentra la conocida NFPA 70, el National Electrical Code (NEC),

el cual consiste en una serie de estándares para las instalaciones eléctricas, incluidos el cableado

y el equipamiento, para los Estados Unidos. Si bien el NEC no es por sí mismo una ley, es

comúnmente ordenada su utilización por las leyes locales o estatales tanto en éste país, como en

otros a nivel internacional, incluyendo Venezuela (tomado de http://www.nfpa.org).

15

2.2.5. ASTM

ASTM (American Society for Testing and Materials) es una organización dedicada al

desarrollo voluntario de normas, una fuente confiable de normas técnicas para materiales,

productos, sistemas, y servicios. Las normas ASTM desempeñan un importante papel en la

infraestructura de la información que orienta el diseño, la fabricación y el comercio en la

economía mundial. Fue fundada en 1.898, y está entre los mayores contribuyentes técnicos del

ISO. Mantiene un sólido liderazgo en la definición de los materiales y métodos de prueba a nivel

industrial (tomado de http://www.astm.org).

2.2.6. FONDONORMA

Anteriormente con el nombre de COVENIN, es una asociación civil, sin fines de lucro, con

personalidad jurídica y patrimonio propio, creada en septiembre de 1.973 para promover las

actividades de normalización y certificación de la calidad con la intención de estimular la

competitividad del sector productivo venezolano.

Es organismo normalizador nacional. En este papel elabora documentos técnicos con la

participación de los sectores público y privado. La aprobación de estos documentos por parte del

Consejo Superior de la Asociación los convierte en Normas FONDONORMA, las cuales son

presentadas luego al Ejecutivo para su consideración como Normas Nacionales.

Hasta ahora FONDONORMA ha logrado la aprobación de más de 4.000 normas que orientan a

la producción, los servicios y el comercio en el país en respuesta a exigencias nacionales e

internacionales.

El Código Eléctrico Nacional, forma parte de sus publicaciones. Es básicamente una traducción

al castellano del elaborado por NFPA (tomado de http://www.fondonorma.org.ve).

16

2.2.7. PDVSA

Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima (PDVSA) es una empresa estatal venezolana que se

dedica a la explotación, producción, refinación, petroquímica, mercadeo y transporte del petróleo

venezolano. Fue creada el 1 de enero de 1976.

Sus normas, basadas en los estándares americanos, están dirigidas al diseño de obras

(electricidad, tuberías, gasoductos, oleoductos, arquitectura, ingeniería civil), la ingeniería de

riesgos, protección ambiental, la higiene ocupacional, entre otros aspectos, bajo el contexto de las

instalaciones petroleras en Venezuela.

2.2.8. ISO

La Organización Internacional para la Estandarización o ISO (en inglés, International

Organization for Standardization), nace después de la Segunda Guerra Mundial (fue creada el 23

de febrero de 1947), y es el organismo encargado de promover el desarrollo de normas

internacionales de fabricación, comercio y comunicación para todas las ramas industriales a

excepción de la eléctrica y la electrónica. Su función principal es la de buscar la estandarización

de normas de productos y seguridad para las empresas u organizaciones a nivel internacional.

La ISO es una red de los institutos de normas nacionales de 157 países, sobre la base de un

miembro por país, con una Secretaría Central en Ginebra, Suiza, que coordina el sistema (tomado

de http://www.iso.org).

2.3. Los Procedimientos Y&V

Los procedimientos son documentos cortos en los cuales se explica detalladamente y de forma

secuencial los pasos a seguir para la realización de un trabajo, el cual puede consistir en:

dimensionados, estimaciones, cálculos, diseños, modelaciones, análisis, levantamientos de datos,

selecciones, entre otros. En Empresas Y&V, existen procedimientos para los Departamentos de:

Diseño General, Ingeniería Civil, Electricidad, Instrumentación, Mecánica, Procesos y Tuberías.

Muchos de estos contienen información acerca del uso de programas computarizados, los cuales,

en el caso de la disciplina Electricidad, son útiles, por ejemplo, para el diseño de equipos y la

17

simulación de sistemas eléctricos, arranques de motores, coordinación de protecciones, entre

otros.

2.4. Las Instalaciones Eléctricas Industriales

Se le llama instalación eléctrica al conjunto de elementos que permiten transportar y distribuir

la energía eléctrica, desde el punto de suministro hasta los equipos que la utilicen. Entre estos

elementos se incluyen: tableros, interruptores, transformadores, bancos de capacitares,

dispositivos, sensores, dispositivos de control local o remoto, cables, conexiones, contactos,

canalizaciones, y soportes (Bratu, 1992).

El diseño de las instalaciones eléctricas para plantas industriales, contempla no solamente la

distribución y manejo de la energía eléctrica, sino también, de otras necesidades tales como: el

sistema de comunicaciones y señales, el sistema de puesta a tierra, la protección contra rayos,

entre otros (Alves y Rollingson, 1990).

El diseño de una planta industrial es básicamente tarea de los ingenieros mecánicos y de

procesos, ya que solamente alrededor del 10% corresponde a los ingenieros electricistas. Desde

este punto de vista la Ingeniería Eléctrica es catalogada como solo un servicio. Sin embargo, sin

ella no existiría proceso; y es en este contexto en el que el Ingeniero Electricista dedicado al

diseño debe ubicarse. Un motor mal especificado, o un circuito ramal mal calculado puede ser

causa de incrementos innecesarios en los costos, o en el peor de los casos la pérdida de un

proceso importante o de vidas humanas.

2.5. Breve descripción de los equipos a tratar en el manual

A continuación se presentan definiciones breves de los equipos que se tratarán a fondo, desde el

punto de vista de sus especificaciones, en el manual anexo:

Centros de Distribución de Potencia: Centro de Potencia (CDP): Instalación eléctrica que

concentra una serie de equipos en un solo lugar dentro de celdas de metal, con fines de seguridad,

manejo, y ahorro de espacio. Las celdas a su vez son cerramientos modulares de metal, de aprox.

18

90 pulgadas de alto, que contiene la serie de quipos antes mencionada, dentro de la cual figuran:

barras conductoras, interruptores, relés, instrumentos de medición, de conexión a tierra, entre

otros.

La función principal de un CDP es la de concentrar salidas de circuitos derivados con el fin de

proporcionar facilidades de operación (activación, desactivación, medición, etc.) local y remota.

Centros de Control de Motores: Los Centros de Control de Motores son esencialmente la

agrupación de alimentadores y equipos de control de motores instalados dentro de los

compartimientos en los que están divididas las celdas de metal expuestas en la definición anterior

de Centros de Potencia (un compartimiento asociado a cada motor).

Este esquema permite la supervisión y operación de las unidades arrancadoras, las unidades

alimentadoras y los controles auxiliares en un arreglo estructural modular con una localización

centralizada.

Motores: Son máquinas eléctricas rotativas en la cual cuya forma de trabajo consiste en

convertir la energía eléctrica en energía mecánica, para diversas aplicaciones. Los más utilizados

son los motores de inducción, objeto de estudio del manual. Más específicamente los motores de

inducción de jaula de ardilla, los cuales son motores cuyos rotores están construidos con barras

conductoras que están en paralelo con el eje, y en cortocircuito por unos anillos en sus extremos,

que a su vez lo soportan físicamente.

Tableros de Distribución (de baja tensión): Son ensamblajes de uno o varios paneles que

incluyen principalmente barras y dispositivos de protección contra sobrecorriente en baja tensión,

todo contenido en un cerramiento y ubicado en la pared. Con esto se busca concentrar las salidas

de alimentadores en un mismo punto, teniendo así facilidad para la identificación y el manejo de

los mismos.

Esquemáticos de Control de Motores: También llamados funcionales, son diagramas que

muestran la conexión de los equipos (de potencia y de control) para el arranque de un motor.

19

Existen varios tipos de diagramas empleados en la construcción de esquemáticos. Los más

utilizados (incluso por este manual) son los llamados diagramas de escalera. Estos consisten en

una serie de símbolos interconectados por medio de líneas (cuya disposición simula en gran

medida la forma de una escalera), para indicar los caminos de corriente que aparecerán desde el

momento que se energizan los circuitos que lo conforman.

20

CAPÍTULO 3

MARCO METODOLÓGICO

Metodológicamente este trabajo está fundamentado en una investigación basada en la consulta

de material bibliográfico, publicaciones como normas, manuales, catálogos, entre otros. Se

requirió además de planos, procedimientos, material técnico concerniente a los proyectos de la

empresa (antiguos, recientes y en curso), y entrevistas a expertos.

Lo anterior supone claramente la realización de una investigación tipo documental, entendiendo

esta como:

“... el estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza,

con apoyo, principalmente, en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos,

audiovisuales o electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios,

conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones y, en general, en el pensamiento del

autor” (UPEL, 2005).

De igual manera, la intención de elaborar un manual que sirva como ayuda para el personal de

una empresa, con el cual se dé ideas sobre la ubicación de equipos, facilite la búsqueda de

información, la selección de materiales, se faciliten cálculos, entre otras ventajas, hace que el

proyecto sea un proyecto factible, entendiendo como proyecto factible:

“ las siguientes etapas generales: diagnóstico, planteamiento y fundamentación teórica de la propuesta;

procedimiento metodológico, actividades y recursos necesarios para su ejecución; análisis y conclusiones

sobre la viabilidad y realización del Proyecto; y en caso de su desarrollo, la ejecución de la propuesta y la

evaluación tanto del proceso como de sus resultados” (UPEL, 2005).

21

Como complemento y por constituir una modalidad de la investigación documental, se

empleará la investigación bibliográfica, de acuerdo a las consideraciones de Alfonso, I. (1991),

quien la define como:

“(...) el proceso de búsqueda que se realiza en las fuentes impresas con el objeto de recoger la

información en ella contenida, organizarla sistemáticamente, describirla e interpretarla de acuerdo con

procedimientos que garanticen la objetividad y la confiabilidad de sus resultados, con el fin de responder a

una determinada interrogante o llenar alguna laguna dentro de un campo de conocimiento”

3.1. Conocimientos previos

Teniendo en cuenta la naturaleza de la labor que las personas a quienes va dirigido el resultado

de este trabajo deberán realizar, se hizo necesaria la investigación previa sobre las fases de

ejecución de los proyectos en la empresa, descritos anteriormente. Para eso se hizo necesaria las

asistencias a charlas de inducción a la empresa, en las cuales se adquirieron los conocimientos

necesarios para comprender totalmente el enfoque que se debía imprimir al trabajo.

3.2. Análisis de información existente

Antes del inicio de cada capítulo fue necesario el análisis del “Manual de Instalaciones

Eléctricas en Plantas Industriales” elaborado por J. Alves y J. Rollingson en el año 1.990, con lo

cual se logró un primer contacto con información concerniente a los equipos que debían de ser

descritos a fondo en el presente trabajo. Asimismo, fue necesaria la investigación previa en

relación a los procedimientos de la empresa, especialmente todos aquellos que hacen referencia a

los temas de interés para efectos del manual.

3.3. Entrega del borrador

Luego de culminado cada capítulo, se entregó el borrador del mismo al Tutor Industrial para su

oportuna revisión. Es apropiado indicar que un manual, además de contar con información

bibliográfica, necesita de la presencia de información relacionada con la experiencia de

profesionales en el área. De esta manera se complemento la información presente con aspectos

relacionados con lo más utilizado en nuestro país, y por la empresa como tal.

22

CAPÍTULO 4

EL MANUAL

4.1. Formato de los Capítulos

Fue una pauta a seguir establecida por la jefatura del Departamento de Electricidad de

Empresas Y&V, el formato de la elaboración de los capítulos. Se describe a continuación:

� Hoja tipo CARTA (21,59 x 27,94 cm)

� Márgenes a discreción.

� Encabezado con el logo de la empresa, del lado izquierdo, seguido por una línea delgada

que lo separe del texto (margen superior, 3cm).

� Letra del tipo ARIAL, normal, tamaño 11.

� Interlineado 1,5 líneas.

� Alineación del texto justificada.

� No se utiliza sangría.

� Todos los títulos y subtítulos en letra ARIAL tamaño 11, negrita.

Ahora bien, es importante recordar que la sección del manual que se desarrolló durante el

período de trabajo es una de cuatro secciones, y que a lo largo de todo lo presentado hasta ahora

en este informe, se ha utilizado la palabra “manual” al hacer referencia a dicha sección. En las

tres restantes, trabajaron tres bachilleres más, uno por cada una, los cuales se encontraron en la

misma situación académica con relación a sus respectivas universidades: cumplir con el requisito

de grado mediante la realización de pasantía larga.

23

Teniendo en cuenta lo anterior se indica lo siguiente: si bien cada sección del manual se redactó

siguiendo la pauta, la integración de todas ellas en un único tomo quedó como un trabajo por

hacer. Para esto el Departamento tuvo prevista la posterior designación de un quinto pasante (en

este caso pasante corto) que asumiera esa responsabilidad para cuando todas las secciones del

manual hubiesen concluido su realización.

4.2. Estructura de los Capítulos

A continuación se presenta la secuencia de los contenidos de cada capítulo del manual. El

mismo está disponible como anexo de este informe de pasantía.

4.2.1. Título

Dentro del marco del formato de la empresa, se presenta el título del capítulo, antecedido por la

numeración correspondiente del mismo en números romanos.

4.2.2. Tabla de Contenido

Es ubicado antes del desarrollo de cada tema. Se trata simplemente de un índice general que

contiene hasta tres niveles de subtítulos con su respectivo número de página.

4.2.3. Objetivo

Se comenzó en primer lugar indicando el objetivo, en el cual, en breves líneas se explicaba a la

persona cuál era el conocimiento que se deseaba dejar luego de haber leído el capítulo. Se

caracterizó por elaborarse de pocas líneas, y con una redacción que fuese lo más explícita posible.

4.2.4. Introducción

En esta sección se mencionaron las generalidades concernientes a los equipos en cuestión, todo

lo que el lector necesita saber antes de adentrarse en la descripción detallada de los aspectos

importantes de dichos equipos, dentro del marco de una especificación. En algunos capítulos se

presentó al lector por vez primera la serie de normas que posteriormente serían de utilidad para el

desarrollo del tema, además de los primeros gráficos ilustrativos.

24

4.2.5. Definiciones

Se elaboró una un pequeño glosario con los conceptos más importantes que el lector deberá

conocer de forma clara durante la lectura de cada capítulo.

4.2.6. Desarrollo del capítulo

Es la parte fundamental del capítulo, ya que en ella se profundiza sobre las características

eléctricas y mecánicas del equipo a analizar, en el caso de que el capítulo trate de un equipo como

tal. Antes de continuar la descripción, es conveniente mencionar la titulación de los capítulos que

contiene este manual:

� Capítulo 1: Especificación de Centros de Distribución de Potencia

� Capítulo 2: Especificación de Centros de Control de Motores

� Capítulo 3: Especificación de Motores

� Capítulo 4: Especificación de Tableros

� Capítulo 5: Esquemáticos de Control de Motores

� Capítulo 6: El Sistema de Calidad de Empresas Y&V

� Capítulo 7: Hoja de Datos de Equipos Generales

Debido a la necesidad de redactar un manual denso en referencias a normas, se redujo al

mínimo la cantidad de aspectos típicos de especificación que fuesen descritos sin la debida cita a

la norma o las normas que abarcasen el tema, para así conseguir que el lector:

- Tenga seguridad de la información con la cual está en contacto.

- Tenga una vía disponible para encontrar más información acerca del tema, en caso de ser

recomendado en el capítulo.

Desde el punto de vista del objetivo de la investigación, la relación de los temas con las normas

asociadas permitirá al ingeniero de proyecto conocer cantidades estandarizadas que posiblemente

25

deba considerar en su labor de determinar las características de un equipo o varios equipos en

particular, además de definiciones y términos de igual importancia. En el Departamento de

Electricidad de Empresas Y&V, se utilizan normas tanto nacionales como internacionales. Entre

estas últimas, se tiene prioridad por los estándares americanos, debido a que son más flexibles y

se adecuan más al sistema eléctrico venezolano que las normas europeas, por ejemplo. Sin

embargo, existen casos en las cuales se hace necesaria la vinculación hacia estas últimas, bien

porque son las más apropiadas para algún caso en particular, o bien porque no existe otra norma

que se aplique en la situación.

Las referencias a catálogos modernos fueron también de suma importancia. De allí se obtuvo la

mayor parte del material ilustrativo que en varios capítulos fue de vital importancia. Muchas

veces no se puede entender la disposición de equipos dentro de un espacio determinado, o bien la

constitución física del mismo, sin un oportuno apoyo gráfico. Incluso los catálogos fueron

importantes para la obtención de información necesaria para el manual, debido a que se tomaron

ideas con respecto a la construcción de los equipos y su relación con las normas. Para la

especificación de equipos, el hecho de conocer las variedades entre los productos por parte de los

principales fabricantes, se hizo fundamental.

4.2.7. Normas aplicables

Se elaboró una lista de las normas que guardan relación con el tema del capítulo, incluyendo

aquellas que fueron citadas en el mismo. Estas últimas fueron presentadas nuevamente en la

sección de referencias bibliográficas por capítulo que se detallará más adelante. Por otra parte,

dentro de esta lista existen normas que pueden encontrarse en la base de datos de la empresa. Por

exigencia del Jefe del Departamento, en esta sección le les hizo un hipervínculo a tales normas

disponibles para facilitar el acceso a la información en el caso en que se lea el manual desde una

computadora personal.

4.2.8. Contenido típico de una Especificación

La mayoría de los capítulos posee, luego de la sección de normas aplicables, una tabla resumen

que sintetiza para el equipo en cuestión los aspectos que comúnmente son incluidos dentro de una

lista con especificaciones de equipos. La data contenida en dicha tabla incluye obviamente lo

26

descrito en el capítulo, aunque fue elaborada luego de una revisión detallada de los modelos de

especificaciones elaborados por la empresa.

4.2.9. Procedimiento Y&V

La referencia a procedimientos de la empresa fue de vital importancia, así como lo fue la cita

constante de normas. Como se mencionó anteriormente, los procedimientos son documentos

cortos en los cuales se explica detalladamente y de forma secuencial los pasos a seguir para la

realización de un trabajo. Por esta razón fue conveniente vincular el contenido teórico del

capítulo con la puesta en práctica del procedimiento.

4.2.10. Referencias bibliográficas

Cada capítulo cierra con una sección de referencias bibliográficas en la cual se incluyeron todas

las fuentes consultadas para la elaboración de cada capítulo, incluyendo libros, catálogos,

ensayos, sitios web, procedimientos de la empresa y normas. En cuanto a estas últimas, se

incluyeron únicamente las consultadas para la elaboración del capítulo, a diferencia de la sección

de normas aplicables.

4.2.11. Anexos

Todo el material adjunto a cada capítulo se agrupó e incluyó en una sección especial de anexos

que incluye tablas, diagramas, formas de cálculo, etc. La sección de anexos, a diferencias de las

anteriores, no es por capítulo. Por el contrario, los engloba a todos y va ubicada al final del

manual.

27

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La elaboración de este manual significó el conocimiento de una inmensa cantidad de aspectos

concernientes a los equipos eléctricos, que hasta el momento se ignoraba. El caso de los motores

de inducción sirve perfectamente como ejemplo, ya que si bien a nivel universitario es común

estudiarlos, en la Universidad Simón Bolívar se hace con gran profundidad. De hecho, de manera

obligatoria se dedica un trimestre completo por ejemplo al análisis del comportamiento

electromecánico de la Máquina de Inducción, mediante fundamentos físicos y matemáticos.

Sin embargo, para poder desenvolverse dentro del contexto de las especificaciones de equipos,

se necesita conocer gran cantidad de aspectos de otro tipo, los referentes a los estándares

internacionales, cuyas directrices se enfocan en la construcción, a los valores nominales y otros

aspectos de importancia descritos en el manual anexo. Aspectos que por razones de tiempo es

imposible conocer en el tiempo disponible. Por otra parte, información sobre lo que los

fabricantes suelen realizar, las protecciones contra las condiciones adversas de operación, entre

otras, también son de importancia y lamentablemente también quedan fuera.

Sólo mediante la acumulación de experiencias, el contacto con el personal experto y la

constante consulta de fuentes técnicas de información, se puede adquirir e incrementar este tipo

de conocimientos, a partir de lo cual la especificación de equipos se hace rápida y sencilla. Ahora

bien, Empresas Y&V en todo momento veló porque el manual (fuente técnica de información)

fuese lo más apegado posible a la empresa, y desde este punto de vista se concluye lo siguiente:

1. El contenido estuvo fue consonante en todo momento a las situaciones de trabajo más

comunes que tiene la empresa, y dentro de ellas aquellas en las que los jóvenes recién llegados

son más asignados.

28

2. Los equipos con los que la empresa pone en marcha sus proyectos obedecen

mayoritariamente a estándares americanos (en su totalidad dentro de la serie de equipos de este

manual). Y esto debió reflejarse en el manual. Si no, no existiría utilidad alguna para el mismo.

3. La información presentada debió tener total correlación con el procedimiento de la empresa,

es decir, quien tenga la labor de seguir los pasos de un procedimiento para alguna actividad en

específico deberá despejar cualquier tipo de duda pertinente mediante la consulta al manual, en

caso contrario se tendrían las mismas consecuencias antes señaladas. Por esta razón es de pensar

que sólo el tiempo dirá cuál ha sido la influencia del texto elaborado en el personal

correspondiente, esperando por supuesto un buen resultado por en simple hecho de haber sido

aprobados por los entes correspondientes.

Como única recomendación está la elaboración de manuales como el presente, para el resto de

las disciplinas de Empresas Y&V, en el caso tal de que tanto este Manual de Especificación de

Equipos en Baja y Media Tensión, como el Manual de Diseño de Redes de Distribución, el

Manual de Instalaciones Eléctricas del Secundario, y el Manual de Diseño de Subestaciones,

consigan la utilidad esperada para el personal. De igual manera, se recomienda la elaboración de

manuales con el mismo enfoque en otras áreas dentro de la misma disciplina de Electricidad.

29

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA

1. Universidad Pedagógica Experimental Libertador. Manual de trabajos de grado de

especialización y maestría y tesis doctorales. Caracas, 2005.

2. Alfonso, I. Técnicas de Investigación Bibliográfica. Caracas, 1991.

3. Alves, J. y Rollingson, J. Manual de Desarrollo de Instalaciones Eléctricas en Plantas

Industriales. Caracas, 1990.

4. Bratu, N. Instalaciones Eléctricas. Editorial Alfaomega. México D. F, 1992.

Referencias tomadas de sitios Web:

1. EMPRESAS Y&V. “La Corporación”. Disponible en Internet:

http://www.yvsite.com/web/lacorporacion.php?id=1, consultado el 26 de noviembre de 2008.

2. ANSI. “About ANSI Overview”. Disponible en Internet:

http://www.ansi.org/about_ansi/overview/overview.aspx?menuid=1, consultado el 26 de

noviembre de 2008.

3. NEMA. “About NEMA”. Disponible en Internet:

http://www.nema.org/about/, consultado el 26 de noviembre de 2008.

4. IEEE. “About IEEE”. Disponible en Internet:

http://www.ieee.org/web/aboutus/home/index.html, consultado el 1 de diciembre de 2008.

5. NFPA. “OVERVIEW”. Disponible en Internet:

http://www.nfpa.org/categoryList.asp?categoryID=495&URL=About%20NFPA/Overview&co

okie%5Ftest=1, consultado el 1 de diciembre de 2008.

30

6. ASTM. “About ASTM International” Disponible en Internet:

http://www.astm.org/ABOUT/aboutASTM.html, consultado el 1 de diciembre de 2008.

7. FONDONORMA. “¿Quienes Somos?” Disponible en Internet:

http://www.fondonorma.org.ve/quienes.htm, consultado el 1 de diciembre de 2008.

8. ISO. “Governance and Operations”. Disponible en Internet:

http://www.iso.org/iso/about/governance_and_operations.htm, consultado el 3 de diciembre de

2008.

MANUAL DE DISEÑO DE INSTALACIONES

ELECTRICAS EN PLANTAS INDUSTRIALES

Parte IV

ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS

Realizado por:

Jonás I. González M.

Diciembre de 2.008

Capítulo 1

Especificación de Centros de Distribución

de Potencia en Media Tensión (CDP)

3

CAPITULO 1

ESPECIFICACION DE CENTROS DE DISTRIBUCION DE POTENCIA

EN MEDIA TENSION (CDP)

TABLA DE CONTENIDO

1.1. OBJETIVO .......................................... ............................................................................ 5

1.2. INTRODUCCION ............................................................................................................ 5

1.3. DEFINICIONES ............................................................................................................... 7

1.4. CELDAS Y GAVETAS .................................. .................................................................. 7

1.5. COMPARTIMIENTOS PRINCIPALES DE UNA CELDA........... ...................................... 9

1.5.1. Compartimiento de barras colectoras ...................................................................... 9 1.5.2. Compartimiento de maniobra ................................................................................. 10 1.5.3. Compartimiento de cables ..................................................................................... 11 1.5.4. Compartimiento de protección y control ................................................................. 11

1.6. TIPOS DE CELDA .................................... .................................................................... 11

1.6.1. Celdas de Llegada ................................................................................................. 11 1.6.2. Celda de enlace de barras. .................................................................................... 12 1.6.3. Celdas de salida .................................................................................................... 12

1.7. CARACTERISTICAS FUNCIONALES ....................... ................................................... 13

1.8. MEDIOS DE INTERRUPCION ...................................................................................... 13

1.8.1. CDP con interruptores de vacío ............................................................................. 13 1.8.2. CDP con interruptores en SF6 .............................................................................. 14

1.9. MEDIOS DE AISLAMIENTO ............................. ............................................................ 14

1.9.1. CDP encapsulados en aire .................................................................................... 14 1.9.2. CDP encapsulados en SF6 ................................................................................... 14

1.10. CONFIGURACIONES COMUNES PARA LA CONTINUIDAD DE LA C ARGA ............ 15

1.10.1. CDP con transferencia automática de carga (sistema de secundario selectivo) .... 15 1.10.2. CDP con transferencia automática de carga (generación interna) ......................... 16 1.10.3. CDP con acoplador de redes ................................................................................. 17

1.11. OTRAS CONSIDERACIONES PARA LOS CDP ................ .......................................... 18

1.11.1. Dimensionamiento ................................................................................................. 18 1.11.2. Cableado ............................................................................................................... 18 1.11.3. Puesta a tierra ....................................................................................................... 19 1.11.4. Pruebas ................................................................................................................. 19 1.11.5. Chapa metálica y perfiles ...................................................................................... 20 1.11.6. Color ...................................................................................................................... 20 1.11.7. Etiquetado ............................................................................................................. 20

1.12. ACCIONAMIENTO DE MOTORES .......................... ..................................................... 21

4

1.13. NORMAS APLICABLES.................................. ............................................................. 22

1.14. CONTENIDO TIPICO DE UNA ESPECIFICACION ............ .......................................... 23

1.15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................ ..................................................... 24

5

1.1. OBJETIVO

Conocer en detalle las características y modos de operación de un Centro de Distribución de

Potencia en media tensión dentro de una planta industrial, así como los aspectos más

importantes dentro de una especificación.

1.2. INTRODUCCION

Un Centro de Distribución de Potencia es una instalación eléctrica conformada por una serie de

tableros modulares de metal denominados Switchgear o simplemente tableros tipo CDP, los

cuales se elaboran por lo general con acero. De allí, deberán salir todos los alimentadores y

sub-alimentadores que tendrán como destino: tableros de control de motores, tableros de

iluminación, centros secundarios de distribución, entre otros destinos.

Dentro de los mencionados tableros están ubicados diversos equipos, entre los cuales están

por lo general:

- Barras conductoras

- Interruptores

- Seccionadores

- Relés y fusibles

- Instrumentos de medición

- Transformadores de corriente y de potencial

- Equipos de regulación y control

- Equipos de conexión a tierra

- Equipos auxiliares

La función principal de un CDP es la de concentrar salidas de circuitos derivados, incluidos sus

respectivos instrumentos de control, protección, medida, etc. con el fin de proporcionar

facilidades de operación (activación, desactivación, medición, etc.) local y remota.

Este esquema facilita el trabajo para los operadores, por el mismo hecho de ser modulares, ya

que se busca disponerlos en forma ordenada. Además de esto, al estar todo cerrado y

compartimentado se brinda un elevado grado de protección del personal asociado contra el

contacto casual con las piezas que se encuentran bajo tensión.

6

El dimensionado de las estructuras de un CDP, el grado de aislamiento a la apertura de los

interruptores, la capacidad de corriente nominal de los alimentadores y sub-alimentadores así

como la de los relés de protección y la del resto de los instrumentos que estén energizados

dependerá del nivel de tensión que llegue al centro, la potencia que maneje y la capacidad de

interrupción de corriente.

En plantas industriales, los tableros están ubicados generalmente bajo techo, incluso en el

interior de una caseta de concreto o prefabricada exclusivamente para albergarlos. También

pueden estar ubicados en zonas peligrosas. Si se instalan a la intemperie, la influencia del Sol,

el viento, la humedad, y las temperaturas ambientales locales deben de ser consideradas para

la construcción y la determinación de los límites de operación de los equipos, así como del

diseño del encerramiento. En resumen, la ubicación dependerá de factores relacionados con el

espacio físico, la seguridad y lo económico.

Figura 1.1. Vista de los tableros tipo CDP o "Switchgear" ubicados en el Centro de Distribución de Potencia

(http://www.grelectriccorp.com)

Figura 1.2. Centro de Distribución de Potencia tipo Intemperie (http://www.salingerelectric.com)

7

En nuestro país es común encontrar plantas con Centros de Distribución de Potencia trabajando

a tensión de 4,16KV, aunque también se pueden instalar con otros niveles de media tensión

como 2,4; 6,9; 12,47; 13,8 o 34,5KV.

Para facilitar el trabajo del operador, el lado frontal de un CDP generalmente cuenta con una

representación unifilar asociada al elemento o los elementos circuitales incluidos dentro del

encerramiento (puede estar ubicado en otro sitio de la instalación, o sencillamente no

contenerlas) así como las pantallas respectivas de cada instrumento de medida y protección.

También puede contener placas con características eléctricas. El diseño de estas estructuras, y

de la instalación eléctrica en general, responderá de acuerdo a los avances tecnológicos del

momento, pero a su vez siguiendo cada fabricante las normas de diseño respectivas.

1.3. DEFINICIONES

- Centro de Potencia (CDP): Instalación eléctrica que concentra una serie de equipos en un

solo lugar dentro de celdas de metal, con fines de seguridad, manejo, y ahorro de espacio.

- Celda: Cerramiento modular de metal de aprox. 90” de alto, que contiene equipos de CDP.

- Gaveta: Compartimiento extraíble de una celda de CDP que contiene equipos de

maniobra como interruptores y contactores.

- Celda tipo Metal-Clad: Celda en la cual los equipos que se disponen en compartimientos

separados por chapa de acero o algún otro material.

- Celda tipo Metal-Enclosed: Celda en la cual los equipos están todos dispuestos en un

mismo compartimiento, sin subdivisiones.

1.4. CELDAS Y GAVETAS

Las celdas son unidades normalizadas blindadas de maniobra y control, en las cuales los

componentes eléctricos se encuentran por lo general ubicados en diferentes compartimientos

separados por divisiones metálicas y a prueba de arco interno en algunos casos. A algunos

compartimientos se accede por el frente a través de una compuerta (hecho por el cual se suele

hablar de gavetas) a los equipos, los cuales pueden ser extraíbles; en ocasiones, mediante la

utilización de herramientas accesorias del centro. Es por ejemplo el caso de las gavetas que

contienen interruptor.

8

Otros compartimientos tienen acceso lateral, mediante la remoción de la chapa de acero

ubicada en el lugar de interés, la misma que protege a los equipos que detrás de ella se

localizan y a los cuales se quiere acceder. Cual sea el modo de acceso a los aparatos, la

finalidad del arreglo es la de proporcionar facilidades para revisión, mantenimiento o simple

recambio, entre otras operaciones.

Esta configuración de los tableros tipo CDP, como se indicó anteriormente, facilita la maniobra y

protección a distancia de los circuitos derivados de distribución en media tensión que salen de

sí mismos, donde la seguridad del sistema y del operador, la confiabilidad, el fácil

mantenimiento y el aprovechamiento del espacio son factores determinantes.

Un tipo específico de celdas denominado celda de llegada, de acometida o de entrada, recibe (a

la tensión de trabajo) la alimentación proveniente de los transformadores de potencia

normalmente ubicados fuera de la edificación, aunque también pueden encontrarse dentro de

ella. En este caso, el Código Eléctrico Nacional enfatiza sobre la necesidad de utilización de

trasformadores con aislamiento seco por el hecho de que se trata de una instalación bajo techo,

para minimizar la posibilidad de explosión con la utilización de equipos en aceite.

Tanto la entrada de los cables de potencia a la tensión de trabajo, como la salida de los cables

asociados a los diferentes destinos, se realiza por la parte inferior del centro regularmente

conectándose a bandejas portacables.

Figura 1.3. Celda tipo Metal-Clad (Fuente: Catálogo disponible en http://www.schneider-electric.com.ar)

9

1.5. COMPARTIMIENTOS PRINCIPALES DE UNA CELDA

Figura 1.4. Compartimientos de una celda de media tensión tipo Metal-Clad (Stewart, 2004)

En el mercado se puede encontrar dos formas constructivas de las secciones verticales, las

cuales siguen los lineamientos de ANSI / IEEE. Estas son las celdas Metal-Clad, y las Metal-

Enclosed. Las celdas tipo Metal-Enclosed no tienen compartimientos que dividen el espacio

total. En cambio, las celdas tipo Metal-Clad sí los contienen (y son las normalmente aplicadas),

por lo que son descritos a continuación:

1.5.1. Compartimiento de barras colectoras

Las barras colectoras son usualmente de cobre en posición horizontal, y deben ser fijadas a la

estructura mediante materiales aislantes. Estos soportes deben resistir los esfuerzos térmicos

que se producen durante las sobrecargas y los dinámicos que se producen durante los

cortocircuitos. IEEE, en su norma C37.20-2 “IEEE Standard for Metal-Clad Switchgear”

recomienda valores nominales en barras horizontales de 1.200, 2.000 y 3.000A, pero pueden

encontrarse en el mercado mayores capacidades según la aplicación.

La celda está dotada también de barra de neutro y de tierra. La barra de neutro va normalmente

aislada de la estructura, al contrario de la barra de puesta a tierra, la cual va a lo largo de la

celda y firmemente atornillada a las partes metálicas no energizadas de la misma.

10

Del mismo compartimiento y para conectar los equipos de maniobra, existen derivaciones de las

barras principales conocidas como barras verticales, las cuales van atornilladas a las

horizontales y descienden hasta llegar a los terminales del interruptor o seccionador. Estas

derivaciones descienden por un conducto cerrado, existiendo en algunos casos en los que se

utilicen de equipos extraíbles, cubiertas deslizantes que descubrirán a un segmento de las

barras sólo en el momento en que se quiera enchufar algo a ellas. Estas cubiertas aseguran la

protección contra contactos involuntarios sobre las barras.

Figura 1.5. Barras verticales e interruptor (http://catalogo.weg.com.br)

Antes de que se produzca la acción de enchufar, debe disponerse de algún dispositivo especial,

para poner a tierra el aparato de maniobra. También pueden disponerse de barras colectoras

del circuito de control, las cuales se encargan de suministrar la tensión a los equipos de control,

los cuales pueden ser en tensión alterna o continua (Alves y Rollingson, 1990).

1.5.2. Compartimiento de maniobra

En estos compartimientos por lo general se encuentra un interruptor automático con su bastidor

montado sobre un carro con ruedas convenientemente guiadas. Este carro está diseñado para

desplazarse por la operación de una manilla giratoria removible accionada manualmente desde

el exterior del tablero, a puerta cerrada y bloqueada. De igual forma actúan las cubiertas

mencionadas en el punto anterior, cuando se retira el dispositivo electromecánico.

Los contactores, utilizados entre otras aplicaciones para los arranques de motores y para

bancos de capacitores utilizados en la compensación del centro, forman también parte del

11

equipamiento de un compartimiento de maniobra de CDP, así como los seccionadores

rompecarga que acompañan a los fusibles limitadores.

1.5.3. Compartimiento de cables

Por lo general estos compartimientos disponen de espacio suficiente para garantizar la fácil

conexión tanto de los cables de fuerza (salida o llegada), como de los cables que van hacia los

transformadores de corriente, transformadores de potencial, cuchillas de puesta a tierra, entre

otros dispositivos solicitados al fabricante que también se ubican dentro de este compartimiento.

Deben preverse sistemas de fijación y amarre de los cables, aunque por lo general se utilizan

borneras de alta rigidez dieléctrica, no combustibles, para las conexiones de los circuitos. Para

el amarre de los cables, típicamente se ajustan indirectamente, mediante tornillos que presionan

sobre láminas metálicas.

Algunos fabricantes elaboran un compartimiento destinado exclusivamente para el

transformador de potencial, otros incluyen además los transformadores de corriente.

1.5.4. Compartimiento de protección y control (baja tensión)

En el interior la gaveta está provista de componentes electromecánicos y electrónicos

destinados a la señalización del estado de funcionamiento, para la supervisión de las variables

importantes de control. Allí se encuentran: relés de protección, instrumentos de medida, caja de

pruebas de los relés, dispositivos de señalización asociados a los detectores de tensión,

borneras de señalización, alarmas, accionamiento y demás equipos auxiliares requeridos por el

usuario (Alves y Rollingson, 1990).

1.6. TIPOS DE CELDA

Desde el punto de vista de su aplicación a los Centros de Distribución de Potencia, las celdas

se clasifican en:

1.6.1. Celdas de Llegada

Permiten la conexión desde el transformador de potencia principal hacia las barras principales.

12

Contienen:

• Compartimiento de barras principales (horizontales)

• Compartimiento de maniobra: Interruptores en vacío o SF6, seccionadores con fusibles

limitadores de corriente, contactores en aire o en vacío, etc.

• Compartimiento de medición y control: voltímetros, amperímetros, selectores de fases

para medición de tensión y corriente, transductores, conmutadores, pulsadores, luces de

señalización, transformadores de control, programadores lógicos controlables (PLC),

entre otros.

• Compartimiento de transformadores de medición (opcional): transformadores de

corriente y potencial.

• Accesorios: Bornes de control, identificación de cables, termostato, calefacción, etc.

1.6.2. Celda de enlace de barras (solo con sistemas de secundario selectivo).

Tiene la función de permitir el acoplamiento o conexión entre un grupo o sección de barras

principales de CDP, con otro grupo o sección de barras principales.

Contienen:

• Compartimiento de barras principales.

• Compartimiento del interruptor de acople.

• Compartimiento de control y protección (incluyendo relés de mínima tensión y relés de

sincronismo, con sus auxiliares).

• Compartimiento de transformadores de protección

• Compartimiento de transformadores de medida (opcional)

• Accesorios: Igual al anterior.

El sistema de secundario selectivo, será descrito posteriormente.

1.6.3. Celdas de salida

Permiten la conexión de cada alimentador o banco de condensadores desde las celdas de

media tensión.

Contienen:

• Compartimiento de Barras Principales.

13

• Compartimiento del Interruptor Principal.

• Compartimiento de Protección y Control

• Compartimiento de transformadores de medida (opcional)

• Accesorios: Igual al anterior.

También es posible encontrar en los CDP, celdas para transformadores de equipos auxiliares, y

celdas exclusivas para medición.

1.7. CARACTERISTICAS FUNCIONALES

Los CDP deben satisfacer entre otras cosas, lo siguiente:

a. Debe existir una separación física entre la sección de enlace de barras y las de llegada o

salida, por razones de seguridad. Por la misma razón, las maniobras se deben efectuar

siempre desde el frente del tablero y con las puertas cerradas (PDVSA N-201, 1993)

b. Deben existir bloqueos mecánicos y eléctricos que garanticen la exacta secuencia de

maniobras y excluyan cualquier posibilidad de perjuicios por maniobras erróneas (como

puede ser el caso de la incorrecta extracción o inserción equipos extraíbles) o de

contacto con partes energizadas (Henríquez Harper, 2002)

c. La posición de “abierto” y “cerrado” de los interruptores y seccionadores, deberá estar

indicada sobre el frente del tablero a través de señales mecánicas o eléctricas. Luces:

abierto - verde, cerrado - rojo (PDVSA N-201, 1993).

1.8. MEDIOS DE INTERRUPCION

1.8.1. CDP con interruptores de vacío

Requieren bajo nivel de mantenimiento, presentan dimensiones compactas y evitan la presencia

de gases dentro del encerramiento. En nuestro país se suele trabajar regularmente con este

tipo de interruptores, los cuales pueden obtenerse para todos los niveles de media tensión

mencionados en el punto 2.

14

1.8.2. CDP con interruptores en SF 6

Este medio representa una alternativa a los medios convencionales de extinción y aislamiento

como el aceite y el aire. Es un gas que no presenta riesgo de incendio ni tampoco debe ser

renovado como ocurre con el aceite. Tampoco es tóxico ni daña la capa de ozono. Presenta alta

fuerza dieléctrica (de dos a tres veces más que el aire a la presión atmosférica) y luego de

culminar la vida útil del equipo el gas puede ser reciclado y vuelto a usar.

1.9. MEDIOS DE AISLAMIENTO

1.9.1. CDP encapsulados en aire

Es el aislamiento más simple y económico que se puede pedir a un fabricante, y es

completamente efectivo siempre que exista un correcto diseño en cuanto a las distancias

mínimas entre equipos y la armazón, así como entre equipo y equipo. No están normalizadas

para Centros de Distribución de Potencia, lo cual hace que las dimensiones de la estructura

(que suelen ser grandes) dependan en gran medida del criterio del fabricante, por consiguiente

el aire queda en desventaja con el SF6, el medio más empleado en la fabricación moderna.

Para reducir aún más los riesgos de falla, es común emplear aislamiento sólido por ejemplo

para cubrir las barras colectoras y conexiones laterales.

1.9.2. CDP encapsulados en SF 6 (Ryan y Jones, 1989)

Al cerrar herméticamente barras, conductores, conexiones, empalmes y demás, dentro de un

recipiente sellado relleno con gas SF6, se consigue reducir las distancias entre ellos de forma

considerable. Esto implica una reducción del tamaño de la estructura y el posterior

aprovechamiento de más espacio.

Un encerramiento en SF6 necesita obligatoriamente que el gas esté lo más compacto posible,

esto asegurará que las tensiones puedan ser manejadas y que las corrientes de cortocircuito

puedan ser interrumpidas. Por tanto, en la medida que se presurice mejorará el nivel de

aislamiento. Ahora bien: esto requiere que se efectúen pruebas rigurosas de compresión del

gas. Como el mismo es un halógeno, pueden y son utilizados detectores muy sensibles de fuga.

La presión del mismo puede variar en el diseño por razones de espacio y de nivel de tensión,

15

principalmente, pero lo típico es encontrar centros aislados en SF6 a presiones ligeramente

superiores a la atmosférica (aunque puede alcanzar las 4 atmósferas según la aplicación).

La experiencia ha demostrado que no puede ser tolerada ninguna fuga de gas por muy baja que

sea, debido a que ésta seguramente empeorará con el paso del tiempo, y la pérdida del gas

implica un intercambio con el medio externo, la entrada de humedad y la disminución del

aislamiento.

Por otra parte, la presión del SF6 debe ser tal, que no permita su paso de estado gaseoso a

líquido a su temperatura ambiental mínima. Esto es requerido para prevenir que el líquido

producido afecte el aislamiento y cause algún tipo de contaminación, lo cual significaba un

problema en los primeros diseños que se realizaron.

1.10. CONFIGURACIONES COMUNES PARA LA CONTINUIDAD D E LA CARGA

1.10.1. CDP con transferencia automática de carga ( sistema de secundario

selectivo)

Si dos centros son alimentados por ternas primarias independientes, ambas provenientes de la

red de distribución, cada transformador debe ser capaz de transmitir en forma segura la

totalidad de la potencia que consumen normalmente esos dos centros. De allí, que en caso de

una falla en uno de los dos circuitos que cause la interrupción de servicio en la mitad de la

carga, no ocurre pérdida alguna, porque entra en operación el interruptor de acoplamiento de

barras, el cual asigna la carga afectada al transformador de la alimentación sana produciéndose

la continuidad de servicio. Se recomienda al lector revisar el anexo 2, en el cual se muestra un

unifilar de CDP con este sistema, en conexión con un Centro de Control de Motores (Capítulo II)

aguas abajo.

16

Figura 1.6. Esquema de secundario selectivo (IEEE 141, 1993)

1.10.2. CDP con transferencia automática de carga ( generación interna)

Se diferencia de la configuración anterior en la forma de afrontar la contingencia. Consiste en

una sola terna alimentada por la red de distribución local hacia la planta de generación interna,

la cual asume a través del transformador de potencia asociado toda la carga. En caso de que

dicha terna quede fuera de servicio, el centro está acoplado también a un generador interno, el

cual puede suministrar energía total o parcial a la carga de forma provisional. El sistema que

controla la transferencia automática es comandado desde el sistema de generación interno.

Figura 1.7. Esquema de transferencia automática de carga con generación interna (IEEE 141, 1993)

17

1.10.3. CDP con acoplador de redes (Alves y Rolling son, 1990)

Esta configuración la conforman dos Centros de Potencia, los cuales reciben alimentación

primaria de ternas independientes de la red de distribución. Los Centros operan normalmente

con los dos transformadores alimentando las barras principales. Existe un relé especializado, el

relé acoplador de redes, el cual operará bajo las siguientes condiciones:

• Si por alguna circunstancia se abre un seccionador de línea, el CDP asociado a dicho

seccionador es separado del sistema mediante la apertura del interruptor principal de

baja tensión.

• De ocurrir una falla en el circuito de transmisión o en el transformador de potencia, o de

ocurrir una perdida de tensión en uno o los dos circuitos de alimentación, el centro

asociado es separado del sistema mediante la apertura del interruptor principal de baja

tensión por operación de la función de protección por potencia inversa incorporada al

acoplador de redes.

Figura 1.8. Esquema del sistema con acoplador de redes (Alves y Rollingson, 1990)

18

1.11. OTRAS CONSIDERACIONES PARA LOS CENTROS DE DIS TRIBUCION DE

POTENCIA

1.11.1. Dimensionamiento

El dimensionado de las estructuras depende del nivel de de tensión de servicio que operará el

centro de potencia, de la potencia de la carga manejada y de su capacidad de ruptura de la

corriente. En este sentido las dimensiones varían entre los siguientes límites:

Ancho: de 0,60m a 1,20m

Profundidad: de 0,60m a 1,20m

Altura: De 2,00m a 2,40m

1.11.2. Cableado

Para el cableado primario se debe consultar la norma ANSI/NEMA CC 1-1993 “Electric Power

Connections for Substations” Secciones 2.1 y 2.2.

Para el cableado de control se debe consultar la norma IEEE C37.20.2-99 “IEEE Standard for

Metal - Clad Switchgear”. Sección 7.3. La siguiente tabla muestra el tipo de cableado a utilizar

en función a la corriente de carga:

Tabla 1.1. Tipo de cableado en los circuitos de control de un CDP (IEEE C37.20.2, 1999)

19

1.11.3. Puesta a tierra

La norma C37.20.2-99 “IEEE Standard for Metal - Clad Switchgear” enfatiza en lo siguiente:

• La colocación de una barra de tierra que conecte eléctricamente las estructuras de metal

en las cuales exista equipamiento primario (alta tensión).

• En todos los puntos de conexión entre la barra de tierra y la estructura, todo el material

no conductor, como la pintura y las etiquetas por ejemplo, debe ser removido o

penetrado, para asegurar un buen contacto eléctrico.

• La barra de tierra para cada grupo de celdas debe tener facilidades para la conexión con

la barra de tierra de la planta, mediante los conductores apropiados.

• Lo conectado a la barra de tierra del cerramiento deben ser realizado de una forma tal,

que para realizar desconexiones que no sea necesaria la desconexión de la barra como

tal.

1.11.4. Pruebas

A la hora de realizar la especificación de un CDP, normalmente se exige al fabricante que se

realicen dos tipos de pruebas: Las pruebas en sitio y las pruebas en fábrica. Dentro de las

primeras, se pueden destacar las siguientes actividades:

• Medición de resistencia de aislamiento del sistema de barras.

• Medición de resistencia de aislamiento del cableado.

• Medición de resistencia de Puesta a Tierra.

• Correcto funcionamiento de dispositivos de control, protección y alarma.

• Correcta polaridad de los transformadores de instrumentos.

Entre las pruebas en fábrica por otra parte se verifica entre otras cosas, la intercambiabilidad de

los aparatos eléctricos removibles, la confiablilidad de los mecanismos de operación de los

interruptores, enclavamientos, barreras, etc., pruebas de aislamiento y pruebas de arco interno.

Sobre estas últimas, se deben simular todas las condiciones bajo las cuales las celdas

operarían en condición normal, es decir: replicas representativas de los componentes que se

alojan dentro, aberturas tanto para la ventilación como para la entrada y salida de elementos,

entorno físico del encerramiento, etc. (Empresas Y&V, 2003)

20

Según la norma IEEE C37.20.7 “IEEE Guide for Testing Metal-Clad and Metal-Enclosed

Switchgear for Internal Arcing Faults”, la tensión a aplicar debe ser la nominal, a menos que por

limitaciones en el laboratorio se deba reducir la tensión (no se recomienda menos del 60% de la

tensión nominal). Por otra parte, la misma norma recomienda una duración de arco de 0,5

segundos y los dispositivos que actúen para limitar la duración del arco (fusibles, relés, etc.)

deberán estar calibrados para permitir dicho tiempo de duración. Se recomienda revisar la

norma para más detalles.

1.11.5. Chapa metálica y perfiles

Los espesores mínimos del material que se emplee para la construcción de cada celda, deben

cumplir con las especificaciones de la norma IEEE C37.20.2-99 “IEEE Standard for Metal - Clad

Switchgear”. Estos varían para cada material. Por ejemplo: según la norma, para todas las

paredes, paneles y compuertas de una columna hecha de aluminio, el espesor mínimo es de

1.9mm, con excepción de las paredes entre celdas adyacentes, a las cuales se les aumenta el

límite mínimo a 3mm. Si se trata de chapa de acero, el espesor debe incrementarse en un 50%.

1.11.6. Color

Según la misma norma, las superficies antes de ser pintadas, deben ser cubiertas con material

anticorrosivo, luego deben ser fosfatizadas para la aplicación de la pintura, y finalmente el color

que recomienda la norma es el gris claro N°61, en a cuerdo con la norma ASTM D1535-97

“Standard Practice for Specifying Color by the Munsell System” (a la cual la IEEE C37.20.2-99

hace referencia).

1.11.7. Etiquetado

Cada celda de distribución deberá contar con las apropiadas etiquetas de precaución que

alerten al usuario en relación a peligros potenciales inherentes al equipo y que por diseño no

puedan ser suprimidos. En la norma NEMA 260-96 “Safety Labels for Pad-Mounted Switchgear

and Transformers Sited in Public Areas” se puede encontrar todo lo referente al etiquetado de la

instalación, donde en la cual se puede encontrar el formato, ubicación, mantenimiento, y el

material con el que deben ser elaborados.

21

1.12. ACCIONAMIENTO DE MOTORES

De una celda perteneciente al Centro de Distribución de Potencia puede suplirse la alimentación

necesaria para el accionamiento de un motor. En este capítulo se supondrá para motores de

tensión nominal de más de 600V. En el capítulo de Centros de Control de Motores se

profundizará en cuanto a la operación con tensiones inferiores a los 600V.

Este tipo de celda es construida con la misma filosofía con la que se construyen los Centros de

Control de Motores, y su única diferencia con estos, será nuevamente la tensión de operación, y

a partir de allí el tamaño del motor. Contiene los elementos básicos para la tarea de

seccionamiento bajo carga, con las cuales se realizan las operaciones de conexión y

desconexión de las barras, contiene también los equipos requeridos para el mando y control

(contactores, relés térmicos, relés auxiliares, arrancadores, luces de señalización, etc.) para las

cargas motorizadas asociadas al centro.

Figura 1.9. Unifilar de la alimentación a un motor de media tensión en un CDP.

La existencia de varias técnicas de interrupción a niveles de media tensión (600V a 36KV)

ofrece una gama amplia de oportunidades. Para una acertada decisión deben considerarse las

22

características técnicas del interruptor y su aplicación en la instalación, además de los

requerimientos o criterios económicos que se impongan.

Los elementos de interrupción de circuitos de potencia mayormente utilizados en el área de

media tensión son: contactores de vacío, interruptores de vacío y SF6, así como combinaciones

entre fusibles limitadores de corriente y seccionadores rompe carga aislados en aire.

1.13. NORMAS APLICABLES

ANSI (American Nacional Standard Institute):

CC 1 Electric Power Connections for Substations

GB 3906 A.C. Metal - Enclosed Switchgear for rated voltages of 3

~35KV

C37.2 Standard Electrical Power System Device Function

Numbers and Contact Designations

NEMA (National Electrical Manufacturers Association):

ICS 6 Industrial Control and Systems: Enclosures

260 Safety Labels for Pad-Mounted Switchgear and

Transformers Sited in Public Areas

SG 5 Power Switchgear Assemblies

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers):

141 IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution

for Industrial Plants.

C37.20.1 IEEE Standard for Metal-Enclosed Low-Voltage Power

Circuit Switchgear

C37.20.2 IEEE Standard for Metal-Clad Switchgear

C37.20.3 IEEE Standard for Metal-Enclosed Interrupter Switchgear

C37.20.4 IEEE Standard for Indoor AC Switches (1KV-38KV) for use

in Metal-Enclosed Switchgear

23

C37.20.7 IEEE Guide for Testing Medium-Voltage Metal-Enclosed

Switchgear for Internal Arcing Faults

C37.123 IEEE Guide to Specifications for Gas-Insulated, Electric

Power Substation Equipment

FONDONORMA (Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad)

FONDONORMA 200 Código Eléctrico Nacional

FONDONORMA 3869 Centros de Potencia (CDP) en baja tensión. Definiciones,

requisitos y métodos de ensayo.

1.14. CONTENIDO TIPICO DE UNA ESPECIFICACION

Tabla 1.2. Contenido típico de una especificación de CDP

Especificación para CDP media tensión

• Características generales

• Características del sistema eléctrico

• Tensiones auxiliares de servicio

• Condiciones ambientales

• Características constructivas

- Mecánicas (dimensiones, rigidez,

seguridad, acabado, accesorios,

etc.)

- Eléctricas (cableado, puesta a

tierra, relés, barras, etc.)

• Características de los equipos y

componentes eléctricos

- Interruptores

- Seccionadores

- Cuchillas a tierra

- Descargadores de sobretensiones

- Transformadores de medida

- Transformadores de control (si

existen motores)

- Protecciones de barra

- Protecciones de línea

- Protecciones del transformador

principal

- Teleseñalización, telemando y

telemetría.

- PLC’s.

• Pruebas

• Garantía

• Embalaje, transporte y almacenaje

• Anexos

24

1.15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Henríquez Harper, Gilberto. Protección de Instalaciones Eléctricas Industriales y

Comerciales. Editorial Limusa, 2002.

2. Ryan, H.M. y Jones, G.R. SF6 Switchgear. IET Publicaciones, 1989.

3. Stewart, Stan. Distribution Switchgear. IET Publicaciones, 2004.

4. PDVSA N-201. Manual de Ingeniería de Diseño. Volumen 4-I: Especificación de

Ingeniería. 1993.


Industriales. 1990.

6. Empresas Y&V. Especificaciones Técnicas para un CDP 34,5KV para el Complejo

Criogénico de Occidente. 2003.

7. IEEE 141. Red Book “Electric Power Distribution for Industrial Plants”. 1993.

8. IEEE Standard Publication C37.20.2-99 “IEEE Standard for Metal-Clad Switchgear”.

Primera Revisión, 1999.

9. NEMA Standard Publication N°260. “Safety Labels for Pad-Mounted Switchgear and

Transformers Sited in Public Areas”. 1996.

Catálogos y Sitios web:

http://www.grelectriccorp.com/Project%20Photos.html

http://www.salingerelectric.com/images/Park%20Switchgear.html

http://www.schneider-electric.com.ar/recursos/catalogos/cap01.pdf

http://catalogo.weg.com.br/files/artigos/4-1415.pdf

Capítulo 2

Especificación de Centros de Control de

Motores de Baja Tensión (CCM)

26

CAPITULO 2

ESPECIFICACION DE CENTROS DE CONTROL DE MOTORES DE BAJA TENSION (CCM)

TABLA DE CONTENIDO

2.1. OBJETIVO .......................................... .......................................................................... 27

2.2. INTRODUCCION .......................................................................................................... 27

2.3. DEFINICIONES ............................................................................................................. 29

2.4. CLASIFICACION DE LOS CCM SEGÚN NEMA ............... ........................................... 29

2.4.1. Clases de CCM ..................................................................................................... 29 2.4.2. Clasificación según cableado ................................................................................ 30

2.5. CONSTRUCCION Y GRADOS DE PROTECCION DEL CCM ....... ............................... 33

2.5.1. Clasificación para encerramientos ubicados en sitios no peligrosos ...................... 33 2.5.2. Clasificación para encerramientos ubicados en sitios peligrosos ........................... 35

2.6. MONTAJE DE LAS GAVETAS............................. ........................................................ 37

2.6.1. Tipo Fijo ................................................................................................................ 37 2.6.2. Tipo Enchufable..................................................................................................... 37 2.6.3. Tipo Extraíble ........................................................................................................ 37

2.7. DISEÑO DEL CCM ....................................................................................................... 38

2.7.1. Dimensiones típicas .............................................................................................. 39 2.7.2. Diagrama unifilar de un CCM ................................................................................. 40 2.7.3. Capacidad de cortocircuito de barras y equipos de maniobra ................................ 41 2.7.4. Capacidad nominal ................................................................................................ 42 2.7.5. Barras verticales .................................................................................................... 43 2.7.6. Barras de neutro del sistema y de tierra ................................................................ 43 2.7.7. Protección principal ............................................................................................... 44 2.7.8. Interruptores automáticos ...................................................................................... 44 2.7.9. Equipos arrancadores............................................................................................ 45 2.7.10. Equipos Adicionales del CCM ................................................................................ 54 2.7.11. Ubicación de los medios de desconexión .............................................................. 57 2.7.12. Puesta a tierra del CCM ........................................................................................ 58


2.9. CONTENIDO TIPICO DE UNA ESPECIFICACION ............ .......................................... 60

2.10. PROCEDIMIENTO Y&V ................................................................................................ 60


27

2.1. OBJETIVO

Conocer aspectos relacionados con la construcción y composición de un Centro de Control de

Motores, para aplicaciones industriales en baja tensión.

2.2. INTRODUCCION

La diferencia entre un Centro de Control de Potencia y un Centro de Control de Motores radica

en lo siguiente: se habla de CCM, cuando la mayoría de los alimentadores son salidas hacia

motores, a diferencia de un CDP o Switchgear, en el cual lo motores, en caso de haberlos, son

parte de una variedad de salidas, ya que el resto puede ir hacia tableros de iluminación,

servicios auxiliares, otro CDP aguas abajo, etc. inclusive hacia un CCM.

Los Centros de Control de Motores son esencialmente la agrupación de alimentadores y

equipos de maniobra y control asociados a diferentes motores. Estos equipos están instalados

dentro de los compartimientos en los que están divididas las celdas de metal expuestas en el

capítulo de los CDP (un compartimiento asociado a cada motor).

Este esquema permite la supervisión y operación de las unidades arrancadoras, las unidades

alimentadoras y los controles auxiliares en un arreglo estructural modular con una localización

centralizada.

Figura 2.1. Vista de las gavetas y celdas de un CCM (http://www.ieespain.com)

28

La norma NEMA ICS 18-2001 “Motor Control Centers” define un Centro de Control de Motores

como un ensamblaje sobre piso de una o más secciones verticales (celdas) de metal, las cuales

tienen típicamente una barra común horizontal de potencia y que contienen unidades

combinadas de control de motores. Estas unidades, representan el componente principal del

centro, ya que “Unidad combinada de control de motores” o “combination motor control unit” es

el nombre que se le da a la configuración espacial (gaveta) que contiene un medio de

desconexión, un dispositivo de protección que actúe ante fallas y un arrancador. En el

arrancador, se puede incluir un dispositivo contra sobrecarga, que regularmente es un relé

térmico de tipo bimetálico o electrónico.

2.2 (a) 2.2 (b)

Figura 2.2. Vista de los componentes de una unidad combinada de control de motores: (a) De forma esquemática en

un circuito (b) Dentro de la gaveta (http://www.sea.siemens.com)

Al igual que en caso de los Centros de Distribución de Potencia, los Centros de Control de

Motores también pueden ser ubicados en ambientes exteriores. Cuando estos motores trabajan

con tensiones inferiores a los 1000V (240V, 480V, 600V), los encerramientos en metal deberán

estar entonces asociados a uno de los grados de hermeticidad para encerramientos de metal

que especifica NEMA, en su norma 250 “Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts

Maximum)”. En esta norma aparecen indicadas las condiciones de entorno a la cual debe

protegerse cada tipo de encerramiento.

29

2.3. DEFINICIONES

- Centro de Control de Motores (CCM): Instalación eléctrica conformada por celdas de metal

(con barras de alimentación en común) que a su vez contienen unidades combinadas de

control de motores.

- Unidad combinada de control de motor: Arreglo que contiene en un mismo espacio físico:

un medio de desconexión, una protección contra sobrecorriente y un arrancador con

protección de sobrecarga.

- Unidad de reserva: Espacio vacío destinado al albergue futuro de una unidad combinada

de control de motor.

- Arrancador de motor: Un controlador eléctrico, manual o automático, destinado tanto para

la aceleración de un motor desde el reposo hasta su velocidad nominal, como para la

parada del mismo.

2.4. CLASIFICACION DE LOS CCM SEGÚN NEMA

Los CCM según la norma NEMA 250 “Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts

Maximum)” se clasifican en Clase I y Clase II, y según el tipo de cableado en tipos A, B (B-d y

B-t) y C.

2.4.1. Clases de CCM

• Clase I

Consiste en una agrupación de unidades de combinación control-motor en la cual cada

arrancador con su motor asociado trabaja independiente de los otros arrancadores. El

fabricante conecta cada unidad a la barra vertical pero no provee cableado de interconexión

entre unidades, secciones verticales o dispositivos remotos diferentes. Además, solamente se

recibe del proveedor diagramas de cada unidad por separado.

• Clase II

En este caso, agrupaciones de unidades control-motor son conectadas entre sí, y además

tienen secuencias lógicas de arranque, en las cuales traen consigo enclavamientos entre los

30

arrancadores y los dispositivos remotos. Son proporcionados los diagramas de cableado

incluyendo los que existen entre las unidades, a diferencia del caso anterior.

Además, se proveerá un diagrama completo de las conexiones para ilustrar la operación del

sistema, así como esquemas con las dimensiones físicas de los centros de control. Cuando se

especifican regletas terminales principales, se proveerá un esquema mostrando su disposición y

el cableado.

Se debe especificar un NEMA Clase I, para la operación independiente de motores que no

requieran trabajar en conjunto o la interconexión con otras unidades, normalmente bajo un

arranque manual.

La Clase II es especificada generalmente cuando un grupo de motores requieren

secuenciamiento, interbloqueo o interconexión.

2.4.2. Clasificación según cableado

• Tipo A

No incluye bloques terminales. Los arrancadores de combinación son cableados en fábrica y

ensamblados en la estructura, en el arreglo más eficiente. Dispositivos auxiliares podrán ser

suministrados, pero ningún alambrado externo a la unidad de alimentadores con interruptor o

fusibles desconectadores están en esta clasificación.

• Tipo B

Esencialmente es igual al Tipo A, excepto que todo el cableado de control se completa hasta las

regletas terminales, cerca de la parte inferior de cada unidad, en el caso del tipo B-D. Si es del

tipo B-T, entonces, además de incluir los terminales de control, incluirán también los terminales

de potencia convenientemente localizados junto a los anteriores.

31

• Tipo C

Utiliza además de las regletas antes mencionadas del tipo B, una regleta principal a la cual van

centralizadas todas las entradas y salidas. El alambrado hecho en fábrica de los cables de

control y de potencia, se extiende desde las regletas de las unidades hasta las regletas

principales, ubicadas en la parte superior o inferior de cada sección vertical.

Combinaciones posibles: 1A, 1B, 1C, 2B, 2C.

Figura 2.3. Combinaciones entres Clases y Tipos, para los CCM (Alves y Rollingson, 1990)

32

Tipo A Tipo B

Tipo C

Figura 2.4. Formas de cableado para los tipos NEMA (Alves y Rollingson, 1990)

33

2.5. CONSTRUCCION Y GRADOS DE PROTECCION DEL CCM

El tipo de construcción (interior o exterior) y el grado de protección, según NEMA en su norma

250 “Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts Maximum)”, debe estar vinculado una de

las siguientes clasificaciones:

2.5.1. Clasificación para encerramientos ubicados e n sitios no peligrosos

• Tipo 1: “Uso general”

Proporcionan un grado de protección para el personal contra contacto accidental con el equipo

encerrado, y además provee un grado de protección contra la caída de partículas extrañas

sobre el mismo. Su uso es recomendado en oficinas, almacenes o áreas techadas similares.

En general todos los tipos de encerramiento proporcionan protección contra el contacto

accidental de los equipos, por lo cual se obviará para la descripción de los tipos siguientes.

• Tipo 2: “A prueba de goteo”

Proveen protección contra el sucio suspendido, y además contra el goteo y la salpicadura ligera

de líquidos no corrosivos. Puede ser utilizado donde se prevea condensación severa, tal como

se encuentra en cuartos de enfriamiento, lavanderías, casa de bombas no clasificadas y no

corrosivas.

• Tipo 3: “A prueba de lluvia, polvaredas y granizo”

Mientras los dos primeros tipos de encerramiento son fabricados para trabajar sólo bajo techo,

este tipo será usado también a la intemperie. Posee grado de protección contra el sucio

suspendido, lluvia, aguanieve, nieve y polvo venteado. Además, la sección estará protegida

contra la formación de hielo.

• Tipo 3R

Igual que el anterior, excepto por la protección contra polvo. Su uso es recomendado en áreas

exteriores donde exista la posibilidad de lluvia intensa.

34

• Tipo 3S

Igual que el Tipo 3, aunque con una diferencia con respecto a la formación de hielo: los

mecanismos externos de las secciones son operables cuando la misma esta cargada de hielo.

Aplicable zonas con alta probabilidad de heladas.

• Tipo 4: “A prueba de agua y polvo”

Proveen protección contra la caída de partículas, lluvia, aguanieve, nieve, polvo venteado, agua

salpicada, agua dirigida con manguera, y contra la formación de hielo. Pueden trabajar bajo

techo o a la intemperie. Su uso es recomendado en plantas procesadoras de alimentos,

mataderos, envasadoras y casa de bombas no clasificadas.

• Tipo 4X: “A prueba de agua, polvo y corrosión”

Igual que el Tipo 4, con la diferencia en que resiste a la corrosión. Recomendado para refinerías

y plantas que funcionen cerca del mar.

• Tipo 5: “A prueba de polvo, fibra y voladores”

Construcciones sólo para trabajar bajo techo que ofrecen protección contra el sucio suspendido,

el polvo adherido, pelusa, fibras e insectos voladores, además de un grado de protección contra

el goteo y la ligera salpicadura de líquidos.

• Tipo 6: “Sumergible”

Construcciones bajo techo o a la intemperie que proveen un grado de protección contra el sucio

suspendido, agua dirigida con manguera, y además contra la entrada de agua durante

inmersión ocasional y temporal dentro del agua a una determinada profundidad. También está

protegido contra la formación externa de hielo. Normalmente son requeridos cuando se ubican

en sótanos sujetos a inundación.

• Tipo 6P

Igual que el Tipo 6, con la diferencia en que la inmersión en agua puede ser prolongada.

35

• Tipo 12: “Uso industrial a prueba de polvo y goteo”

Secciones para usar bajo techo que ofrecen protección contra el sucio suspendido, contra polvo

circulante, pelusa, fibras, insectos voladores, y contra el goteo y ligera salpicadura de líquidos.

• Tipo 13: “A prueba de aceite y polvo”

Construcciones bajo techo que ofrecen grado de protección contra el sucio suspendido, el polvo

circulante, pelusa, fibras, insectos voladores, el rocío, salpicadura y filtración de agua, aceite y

refrigerantes no corrosivos.

2.5.2. Clasificación para encerramientos ubicados e n sitios peligrosos

Las ubicaciones peligrosas excepto las minas, son clasificadas de acuerdo a la inflamabilidad o

combustibilidad de los materiales que pueden estar presentes, y también de acuerdo a la

probabilidad de que una sustancia inflamable esté presente. Para más detalle sobre estos

ambientes y sobre la clasificación de las locaciones se debe consultar el artículo 500 del Código

Eléctrico Nacional y la norma ANSI/NFPA 497M “Classification of Gases, Vapors and Dust for

Electrical Equipment in Hazardous (Classified) Locations”.

Allí se dividen los lugares en Clases (I, II y III), Divisiones (1 y 2) y en Grupos (A, B, C, D, E, F y

G).

• Tipo 7: “Uso en lugares peligrosos (Gas)”

Deben ser capaces de soportar la presión resultante de alguna explosión interna de gases

específicos, y contener esa explosión de tal forma que no se inicie ninguna otra fuera del

encerramiento, debido a las mezclas de aire y gas que rodean la estructura. De igual manera,

el calor generado dentro del encerramiento no debe causar un incremento de la temperatura de

las superficies externas que sea suficiente para la ignición de los gases que lo rodean.

• Tipo 8: “Uso en lugares peligrosos (Inmersos en Ace ite)”

Estas secciones son fabricadas de tal forma que los contactos en donde ocurre el arco, las

conexiones y demás, están inmersos en aceite. El arco es confinado dentro del aceite para que

36

las explosiones no alcancen el aire circundante al encerramiento. Tampoco las superficies

externas alcanzarán temperaturas que faciliten la ignición del aceite.

• Tipo 9 “Uso en lugares peligrosos (Polvo)”

Estos encerramientos son iguales a los asociados al Tipo 7, pero además deberán impedir la

entrada de polvo, calificado peligroso debido a la ubicación.

• Tipo 10 “Para cumplir con los requerimientos de la oficina de Minas EE.UU.”

Son construidas especialmente para su uso en minas y deben cumplir los requerimientos de la

Administración para la Salud y Seguridad en Minas estadounidense (Código de Regulaciones

Federales, Título 30, Parte 18.).

Tabla 2.1. Cuadro resumen con las características de los encerramientos típicos en plantas industriales (NEMA 250,

1997)

Protección contra

1

2

3

4

4X

12

Contacto accidental con partes energizadas x x x x x x

Sucio suspendido x x NA x x x

Salpicadura ligera de líquidos - x - x x x

Polvo, fibra, voladores (circulante) - - - x x x

Polvo, fibra, voladores (acumulado) - - NA x x x

Agua fuertemente salpicada o regada - - - x x -

Filtración de aceite y refrigerantes - - NA - - x

Agentes corrosivos - - - - x -

Inmersión ocasional temporal - - - - - -

Inmersión ocasional prolongada - - - - - -

Lluvia, aguanieve, nieve NA NA x x x NA

NA: La condición no aplica al tipo de encerramiento.

37

2.6. MONTAJE DE LAS GAVETAS (PDVSA N-201, 1993)

Las gavetas, dentro de las cuales se instalarán las unidades combinadas y los equipos de

control asociados a ellas (relés, condensadores, protecciones, transformadores, equipos de

medición y señalización, etc.), o para el funcionamiento del CCM, tienen tres formas de montaje

básico, estas pueden ser: fijas, enchufables o extraíbles.

La elección del tipo de montaje se escoge por criterios económicos, de mantenimiento y

reemplazo de unidades dañadas.

2.6.1. Tipo Fijo

Un CCM tipo fijo presenta unidades de protección y corte de circuitos que pueden ser

interruptores termomagnéticos o sólo magnéticos, o seccionadores con fusibles para la

protección de motores. Los arrancadores o su protección térmica podrán ser fijos o ajustables,

como también podrán ser con compensación de temperatura ambiente o no.

2.6.2. Tipo Enchufable

Con iguales especificaciones que el anterior, excepto que las unidades de protección están

ubicadas en gavetas con mecanismo de extracción. Tienen dos posiciones: dentro o fuera.

Posee un dispositivo de seguridad el cual no permite que la puerta pueda ser abierta a menos

que la palanca de operación del interruptor esté en la posición de desconectado. Si la puerta

está abierta la palanca de operación del interruptor no podrá ser operada.

2.6.3. Tipo Extraíble

Son iguales a las dos anteriores, excepto que, las gavetas tienen un mecanismo de posición

intermedia definida para la prueba, donde a pesar de no existir tensión de trabajo en la gaveta,

aún en esa posición persiste la tensión de control, facilitando así la prueba de cualquier

componente de este.

Para los dos últimos casos, se debe indicar que la conexión de la gaveta a las barras verticales

de hace gracias a una disposición de ganchos (stabs) que están alineados con las tres barras,

algunos tienen uno más para unirse con la barra de tierra. Como lo indica la siguiente figura:

38

2.5 (a) 2.5 (b)

Figura 2.5. Stabs. (a) Vista de la gaveta con los ganchos (stabs) para la conexión a las barras (b) Vista de la forma de

conexión de un gancho a una barra (http://www.sea.siemens.com)

2.7. DISEÑO DEL CCM

Básicamente el diseño del CCM consiste en la elección de la configuración del CCM a utilizar, la

capacidad de barras, el tipo de protección que se implementará, el número de estructuras

necesarias y el espacio requerido por los equipos de control.

Los CCM deben ser estructuras autosoportantes del tipo Metal-Clad. Las estructuras consistirán

de secciones verticales ensambladas solas o en grupos que posean una barra de alimentación

común (igual que en un CDP) y formando un encerramiento al que adicionalmente se le puedan

añadir rápidamente nuevas estructuras.

Los CCM de uso exterior deben ser por lo general, a prueba de agua y resistentes a la

corrosión, aunque de acuerdo a las condiciones de entorno se especificará el tipo NEMA a

utilizar. Las partes exteriores más bajas de la totalidad del encerramiento deben ser recubiertas

con un material sellador después de que la primera mano de pintura sea aplicada.

Las estructuras deben ser diseñadas de forma tal que permitan en campo el re-arreglo de los

compartimientos de los controladores dentro de cualquier posible combinación. Si el diseño de

las conexiones con la barra utiliza formas especiales o juntas conectadas permanentemente a

la barra, estas deberán estar en todos los puntos necesarios para algún re-arreglo de todos los

tamaños posibles de compartimientos.

39

2.7.1. Dimensiones típicas

Si bien NEMA recomienda una altura nominal de 90 pulgadas (2,3m), las dimensiones físicas

dependen de cada fabricante, los cuales tienen sus propias medidas estándar, pero en general

varían entre los siguientes rangos:

Largo: 2,2 a 2,6 m

Ancho: 0,6 a 0,8 m

Profundidad: 0,8 a 1,2 m

2.6 (a)

40

2.6 (b)

Figura 2.6. (a) Compartimientos y Dimensiones. (a) Vista de los compartimientos de una celda de CCM (b) Vista de

las dimensiones de la estructura (Alves y Rollingson, 1990)

Se recomienda al lector revisar el anexo 1, en el cual se crea un CCM con ayuda del programa

Start Center One.

2.7.2. Diagrama unifilar de un CCM

En la fig. 2.7 se presenta un diagrama unifilar sencillo de los equipos presentes en un Centro de

Control de Motores. En el anexo 2 se muestra un unifilar típico de un CCM en conexión directa

con un CDP aguas arriba.

41

Figura 2.7. Disposición unifilar sencilla de un CCM en un sistema de secundario selectivo alimentado con 480V

2.7.3. Capacidad de cortocircuito de barras y equip os de maniobra

La norma NEMA ICS 18-2001 “Motor Control Centers” define la corriente de cortocircuito para

un CCM como: “La máxima corriente en amperios simétricos permitida por las líneas

terminales”. Esta corriente deben soportarla los equipos y debe ser calculada como la suma de

las contribuciones de la corriente de cortocircuito de todos los motores conectados al CCM y la

máxima corriente obtenible del sistema de alimentación en el punto de conexión del CCM.

El cálculo previo de las corrientes de cortocircuito máximas en la instalación, da una referencia

con respecto a la capacidad de las barras con respecto al cortocircuito, ya que al pasar este tipo

de corriente a través de ellas aparecen fuerzas mecánicas, las cuales deben ser soportadas

42

para evitar daños. Típicamente, al valor obtenido por el cálculo, se le agrega un 25% por

seguridad, y por último se utiliza el valor estándar inmediato superior. Los valores normalizados

de corriente cortocircuito máxima en barras de baja tensión son 22, 42, 65 y 100 KA rms

simétricos.

En los modernos sistemas de distribución industrial las altas corrientes de cortocircuito

requieren consideraciones especiales para que los equipos puedan operar dentro de estos

rangos. Para reducir estas corrientes en el CCM se pueden aplicar los siguientes métodos:

a. Usar Centros de Control de Motores con pequeños transformadores (p.ej. relación 1 a

1), los cuales limitan la corriente de cortocircuito.

b. Usar barras limitadoras de corriente, reactores o transformadores de alta impedancia.

c. Proveer fusibles limitadores de corriente, seleccionados y ubicados apropiadamente

para el CCM y sus componentes. Esto con el propósito de evitar daños dinámicos

producidos por altas corrientes.

2.7.4. Capacidad nominal

El tamaño de las barras principales (horizontales), y el de los cables de alimentación de la barra

está basado en su capacidad de corriente de carga requerida por los motores más las otras

cargas conectadas. Estas barras deben estar localizadas en la parte superior de la estructura

para su fácil acceso a instalación y mantenimiento sin necesidad de remover unidades, aunque

también pueden ir ubicadas en la parte central.

Los cables de alimentación provenientes del secundario del transformador de potencia asociado

al centro, pueden llegar por arriba o por debajo a la celda de llegada o acometida, y conectarse

a las barras a través de agarraderas sin medio de desconexión (main lug) o a través de

interruptor o seccionador con fusible (main disconnect device). Diversas formas de conexión

dentro de la celda de acometida pueden existir dependiendo del fabricante y de la aplicación

(http://www.sea.siemens.com).

Regularmente las barras son especificadas de cobre electrolítico, el cual es simplemente el

cobre que se utiliza en la industria, y consiste en una aleación de 99.97% de cobre con 0.03%

43

de oxígeno, para mejorar su densidad y conductividad. Por otra parte, el Código Eléctrico

Nacional, establece distancias mínimas de una pulgada (25mm) y de dos pulgadas (51mm)

entre fase y fase, y entre fase y tierra respectivamente (Ver sección 430, tabla 430.97 CEN).

En cuanto a la capacidad de barras con respecto a la operación bajo carga, de acuerdo a lo

establecido por el Código Eléctrico Nacional en su sección 430, debe ser tomada como el 125%

de la corriente plena del motor más grande más el 100% de la corriente de plena carga de los

otros motores que puedan operar al mismo tiempo. Modificaciones a lo anterior resulta de la

utilización de ciclos de carga o factores de demanda que puedan ser tomados en cuenta.

La norma NEMA citada en párrafos anteriores recomienda el uso de barras horizontales con

valores nominales de 600, 800, 1000 y 1200A. Estas magnitudes de corrientes son límites,

circulación mayor a través de las barras implicará esfuerzos térmicos dañinos. Se pueden

utilizar barras de mayor capacidad, como por ejemplo de 1.600A, si es requerido para una

aplicación particular. En media tensión pueden ser utilizadas barras de más de 4.000A.

2.7.5. Barras verticales

Se debe recordar que las barras verticales sirven como una extensión de las horizontales

(sirven para delimitar las conexiones particulares), por lo tanto la forma de obtener su corriente

nominal es exactamente la misma que la empleada para la especificación de las barras

horizontales, considerando el hecho de que solamente se utilizarán las unidades específicas de

cada sección. La norma indica que las barras verticales deben ser de un mínimo de 300A,

recomendando además 600 y 1200A.

Es importante destacar que NEMA establece unos valores límites de incremento temperatura

para las barras en un CCM. Se recomienda revisar la tabla 1-8-2 de la norma ICS 18-2001

“Motor Control Centers”.

2.7.6. Barras de neutro del sistema y de tierra

La barra de tierra va conectada de forma horizontal y en la parte inferior de la columna (de allí

partirá la conexión hacia la malla de tierra subterránea). Opcionalmente se puede conectar a la

anterior, una barra vertical que irá a lo largo de la sección. En este caso cuando se conecta una

unidad, lo primero que se engancha a la misma es la barra vertical de tierra, y es lo último que

44

se desengancha al extraer la gaveta. En cuanto a la barra de neutro, se suele especificar esta

barra con la misma capacidad que tienen las barras de fase. De igual manera, se recomienda

consultar la sección 250.66 del Código Eléctrico Nacional. Conviene recordar que la barra de

tierra soporta las corrientes de cortocircuito, mientas que la de neutro soporta los desbalances.

2.7.7. Protección principal

La protección principal puede estar dentro o fuera (remota) del CCM. Donde quiera que esté

localizada debe tener una capacidad de interrupción mayor o igual que la corriente de

cortocircuito en el punto donde se realiza la conexión al sistema. Si está localizado dentro del

CCM, la corriente será la contribución debida al sistema.

Existen dos tipos de equipos utilizados mayormente para la protección principal de un CCM:

2.7.8. Interruptores automáticos (breakers)

Los interruptores proveen una vía manual de energizado y desenergizado de un circuito.

Además proveen protección automática contra sobrecargas y fallas, con la ventaja de que es

posible la rápida reactivación de la alimentación con el simple movimiento de una mano. Son

termomagnéticos en baja tensión.

Por otra parte, aportan interrupción efectiva para fallas monofásicas (debido a que interrumpe

las tres fases), y además son más compactos que otros dispositivos, pero son más costosos.

Para niveles de cortocircuito elevados se pueden utilizar interruptores con fusibles limitadores

de corriente, pero esto aumenta más su costo y la estructura necesaria.

• Seccionador con fusible

Más económicos por ser removibles, pueden interrumpir fallas monofásicas, lo cual es deseable

en procesos no interrumpibles diseñados también para operación bifásica, pero cuando el

sistema no está diseñado para este fin, la falla no necesariamente queda interrumpida, dado

que las otras fases energizadas siguen alimentando el sistema de forma no deseada. Esto

provoca una disminución de la corriente de falla y el tiempo de operación del fusible aumenta, lo

que puede provocar daños en el equipo por calentamiento, si no operan con prontitud los relés

45

de sobrecarga. Puede existir la probabilidad de sustituciones inapropiadas de fusibles, pero

tienen la ventaja de manejar niveles más altos de cortocircuito (Alves y Rollingson, 1990).

Se pueden emplear combinaciones de los tipos de protección nombrados anteriormente con la

finalidad de mejorar las características de protección del CCM, aunque esto requiere de un

estudio más completo para coordinar las protecciones y también desde el punto de vista

económico.

2.7.9. Equipos arrancadores

Los arrancadores de los motores de inducción (asincrónicos), se determinan dependiendo de si

se tienen condiciones de arranque normales o especiales.

Las condiciones de arranque son normales cuando no existen momentos de inercia altos y la

frecuencia de arranque exigida no es alta. Por otra parte, las condiciones de arranque son

especiales, por ejemplo, cuando los tiempos de arranque son muy cortos o muy largos, la

frecuencia de arranque es alta o cuando el momento de inercia del motor y/o de la máquina

propulsada es grande. Por lo tanto, se requiere conocer los diagramas de arranque o curvas

características del momento de la carga en función de la velocidad.

Antes de presentar la clasificación, es conveniente indicar que todos los métodos de arranque

de motores implican tensión reducida, a excepción del arranque directo, el cual se hace a plena

tensión.

En la industria básicamente se emplean los siguientes métodos de arranque:

- Arranque directo.

- Arranque estrella - delta.

- Arranque por autotransformador.

- Arranque intercalando resistencias en el estator.

- Arranque intercalando resistencias en el rotor.

- Arrancadores electrónicos (arranca suave).

46

a. Arrancador directo

El arranque directo es una combinación de maniobras compuestas por contactores, que no

debe evitarse si las líneas son de capacidad suficiente para soportar especialmente la corriente

de arranque requerida por el motor, puesto que este arranque no daña de ninguna manera a la

máquina. No es recomendada esta forma de arranque para motores grandes.

Las ventajas ofrecidas por los arrancadores directos son las siguientes:

- Mantienen el par nominal de arranque.

- Permiten una conexión a distancia.

- El costo del arrancador es reducido comparado con otro tipo de arrancadores.

2.8 (a)

2.8 (b)

Figura 2.8. Arranque Directo (a) Disposición de un circuito para un motor con arranque directo (con esquemático) (b)

Curvas en por unidad de la corriente y el par en función de la velocidad (www.sea.siemens.com)

47

b. Arrancador Estrella-Delta

Consiste en conectar la máquina inicialmente en estrella y cuando el deslizamiento es pequeño

se cambia la conexión a delta. La tensión final sobre cada bobina de la máquina debe ser su

propia tensión nominal. Este método de arranque reduce la tensión en 1.73 veces la tensión

nominal de la máquina mientras que la corriente y el par se reduce a la tercera parte con

respecto a los valores nominales respectivos.

Este procedimiento es uno de los más económicos, pero es necesario disponer de un sistema

adecuado de tensiones que permita la conexión delta de la máquina durante el régimen

permanente. El cambio de conexión se realiza cuando la máquina alcanza el deslizamiento de

operación en la conexión estrella. La orden de cambio puede ser dada por un temporizador si

se conoce la inercia de la carga o el tiempo de aceleración a tensión reducida. Si el cambio de

conexión se realiza antes de que las corrientes disminuyan, el arrancador pierde efectividad. El

tiempo total de arranque con este dispositivo es aproximadamente tres veces mayor que el

arranque en directo de la máquina, esto es importante al momento de especificar las

protecciones del motor.

Finalmente, este arranque sólo puede ser aplicado a motores cuya carga durante el arranque

sea baja, debido a la reducción del par (proporcionalidad con el cuadrado de la tensión

aplicada).

2.9 (a)

48

2.9 (b)

Figura 2.9. Arranque Estrella - Delta (a) Disposición de un arrancador estrella - delta (b) Curvas en por unidad de la

corriente y el par en función de la velocidad (Westinghouse, 1980)

c. Arranque por Autotransformador

Los motores de inducción pueden ser arrancados a tensión reducida utilizando un

autotransformador trifásico, 3 autotransformadores monofásicos o dos autotransformadores

monofásicos en conexión delta abierta.

Las tomas en el transformador oscilan del 50% al 80% de la tensión nominal. Es usual utilizar

una tensión secundaria del 70%. En estas condiciones la corriente absorbida por el motor en el

secundario del autotransformador también queda reducida al 70%, pero en el primario se

obtiene (debido a la relación de transformación) una corriente de 0,7 x 0,7 = 0,49, es decir, el

49% de la corriente de arranque directo. Si el motor no consigue acelerar la carga a la tensión

más baja, pueden escogerse tomas de tensión superior hasta que se obtenga el par de

arranque apropiado y deseado. Ahora: a la hora de reducir la corriente de arranque, esto no

debe hacerse en exceso, ya que daría lugar a una punta elevada al aplicar la plena tensión de

red.

El autotransformador trifásico actúa de dos formas, para reducir la corriente absorbida de la red:

- Reduce la corriente de arranque del motor reduciendo la tensión aplicada.

49

- Mediante la relación de transformación, ésta reduce la corriente de línea del primario en

proporción inversa a la corriente de línea del secundario (corriente de arranque del

motor).

Cuando se utilizan dos transformadores conectados en delta abierta, ésta disposición origina un

ligero desequilibrio en el brazo central de alrededor del 10% al 15% de la corriente de arranque.

Pero este desequilibrio no es excesivo y no afecta de gran manera el comportamiento del motor

en el arranque.

Una ventaja desde el punto de vista económico para el arranque con autotransformadores, es

que el motor se conecta con tres conductores de alimentación y no con seis como ocurre con el

arranque estrella - delta. En cambio su único inconveniente (de no haber problemas con la

corriente de arranque) es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente,

produciendo en algunas ocasiones daños perjudiciales al sistema mecánico o a la máquina

accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas,

engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o

rodamientos del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados en el momento del

arranque.

2.10 (a)

50

2.10 (b)

Figura 2.10. Arranque por Autotransformador (a) Disposición de arranque con autotransformador conectado en

estrella (izquierda) y en delta abierta (derecha) (b) Curvas en por unidad de la corriente y el par en función de la

velocidad (Alves y Rollingson, 1990)

d. Arranque con resistencias en el estator

La corriente de arranque del motor provoca una caída de tensión en las resistencias de tal

manera, que el motor arranca a tensión reducida. Sin embargo, al acelerar el motor, la tensión

entre los terminales del estator aumenta debido a la reducción de la corriente de línea, y el par

aumenta según el cuadrado de la elevación de tensión.

Figura 2.11. Arranque con Resistencias en el Estator (Westinghouse, 1980)

Las curvas, de par y corriente en función de la velocidad, tienen la misma forma que las

presentadas en la figura 10.

51

e. Arranque con resistencias en el rotor

Sólo es posible en motores con rotor bobinado y anillos rozantes. El método consiste en

conectar en serie con el bobinado retórico resistencias trifásicas externas que se van

eliminando progresivamente durante el arranque. Durante el mismo se reduce la corriente a la

vez que se mantiene un par elevado. Finalmente, las condiciones dependerán del número de

etapas elegido y el valor de las resistencias.

2.12 (a)

2.12 (b)

Figura 2.12. Arranque con Resistencias en el Rotor (a) Disposición de un arranque con resistencias intercaladas en el

rotor (b) Curvas de corriente (intensidad) y par (momento) en función de la velocidad (Kosow, 1991)

52

2

1

212 V

VTT

≈

f. Arrancadores electrónicos (arranca suave)

Los arrancadores electrónicos son, además de moderna, una mejor solución que los

autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en

la vida útil de todas las partes involucradas.

La primera razón por la cual se utilizan estos arrancadores, es para limitar la corriente de inrush

que el motor demanda de la fuente cuando éste es arrancado. Esto es importante porque las

elevadas corrientes de arranque hacen que por lo general las tensiones se depriman en menor

o mayor medida dependiendo del caso, afectando otras cargas si éstas son sensibles a las

bajas tensiones. También es importante si la compañía de electricidad tiene limitada la corriente

pico o simplemente penaliza a la industria por sobrepasar los límites.

Otra razón es la que tiene que ver con la reducción de los esfuerzos mecánicos. Cuando ocurre

el inrush, aparecen fuerzas magnéticas significativas en los devanados del motor. Esto hace

que algunas partes de los devanados sufran atracción y que otras sufran repulsión. De esta

forma el aislamiento del devanado se deteriora, con lo cual el equipo puede fallar antes de lo

previsto (se pueden producir fallas en la armazón, los mecanismos de sujeción, en la caja de

bornes, entre otros puntos).

Debido a que el par en un motor es proporcional al cuadrado de la tensión (para una velocidad

fija), muchos arrancadores suaves controlan al motor por tensión en lugar de corriente,

basándose en la siguiente relación:

Ec. 2.1

Donde:

T2: Par Final (Par de arranque deseado)

T1: Par inicial

V2 : Tensión Final (Tensión de control del circuito electrónico)

V1 : Tensión Inicial

53

Nota: La relación aproximada presentada anteriormente proviene de la ecuación 3.4 presente

en el próximo capítulo. Para efectos de la aproximación, se supone que las variaciones del resto

de los parámetros de la mencionada ecuación son pequeñas y por tanto despreciables (se

recomienda al lector hacer revisión de la misma).

En cuanto a la contribución armónica, aún cuando en el transitorio este equipo es una fuente

(pequeña en los equipos modernos) de contaminación armónica, la operación en régimen

permanente no introduce armónicas a la red, debido a que a plena tensión el convertidor no

interrumpe la corriente, comportándose como tres simples conductores.

Figura 2.13. Arranca Suave. Disposición de los tiristores en un controlador electrónico de potencia (Westinghouse,

1980)

54

Tabla 2.2. Valores nominales de arrancadores NEMA a plena tensión (IEEE 141, 1993)

Número

del tamaño

NEMA

Corriente Nominal

de Contactor 8

horas (A)

Potencia trifásica

(en HP)

110/120V

Potencia trifásica

(en HP)

220/240V

Potencia trifásica

(en HP)

440/550V

00 9 0 1,5 2

0 18 2 3,0 5

1 27 3 7,5 10

2 45 - 15 25

3 90 - 30 50

4 135 - 50 100

5 270 - 100 200

6 540 - 200 400

7 810 - 300 600

8 1215 - 450 900

9 2250 - 800 1600

2.7.10. Equipos Adicionales del CCM

• Protección contra baja tensión (Henríquez Harper, 2 002)

Los arrancadores estándar abren cuando la tensión en el sistema de control disminuye a menos

del 60% de la tensión normal y pueden ser reenganchados cuando la tensión disponible sube al

85%. La protección contra baja tensión puede ser requerida a fin de evitar daños en el equipo,

ya que operar con una tensión por debajo de la nominal implicará una corriente también menor

a la nominal, la cual rápidamente sobrecalentará a la máquina.

• Relés de sobrecarga

Los relés de sobrecarga utilizados en motores de baja tensión son normalmente del tipo

térmico, conformados por tres placas bimetálicas que permiten un ajuste de su rango de

calentamiento entre 95% y 100%, son calibradas de forma simple permitiendo que las tres

placas estén siempre ajustadas al mismo valor.

55

Figura 2.14. Vista interna de un relé térmico

Existen relés térmicos de sobrecarga que compensan las variaciones de la temperatura

ambiente (entre 30°C y 80°C, con un ajuste del 90% al 110% del rango normal), lo que provee

una protección máxima cuando el motor está a una temperatura relativamente constante, pero

el control está sujeto a fuertes variaciones de temperatura. Relés de sobrecarga electrónicos y

digitales son también utilizados, aunque son más costosos.

La calibración de los relés se debe ejecutar siguiendo las normativas expuestas en el CEN,

según se expuso en el capítulo sobre Ramales y Alimentadores de Motores.

• Relés auxiliares

Estos relés son normalmente abiertos o cerrados y pueden venir asociados a los arrancadores

o ser ajenos a estos, si se utilizan para la interconexión de los equipos de control con

computadores de proceso (relés auxiliares de interconexión), o para el control desde campo.

El número de relés que acompañan al arrancador dependen del tipo y del fabricante, si se

requieren contactores y relés adicionales estos se ubicarán en un espacio (gabinete) reservado

para tal fin. En el anexo 10, en el cual aparece una representación esquemática de los

contactos auxiliares, o en su defecto el capítulo 5 “Esquemáticos de Control”.

• Panel de Operación y Medición

Los siguientes equipos son los más frecuentemente utilizados en el panel de medición y control:

56

- Pulsadores (Pushbuttons), selectores (automático-manual, rápido-lento, etc) y luces de

señalización.

- Amperímetros, voltímetros y otros instrumentos (transformadores de potencial y de

corriente).

- Instrumentos y suiches de transferencia

- Medidores de energía (KWh)

- Relés de control

- Relojes eléctricos

- Anunciadores.

• Transformadores de control (Empresas Y&V, 2003)

Los transformadores de control son los encargados de alimentar todo el sistema de control, por

lo general estos tienen tensiones de 115V o 120V. Si son del tipo bifásico deben tener dos

fusibles limitadores de corriente, o poner a tierra una de las dos ramas y utilizar un solo fusible.

La capacidad del transformador depende del tamaño del arrancador, y su rango debe ser

adecuado para manejar la corriente de la bobina de accionamiento y al menos, tres luces piloto.

Si cargas adicionales son añadidas al circuito de control se debe especificar un transformador

mayor.

• Banco de compensación reactiva

Los condensadores son el más económico eficiente medio de suministro de potencia reactiva

empleada en los CCM en plantas industriales y empresas comerciales, específicamente cuando

son varias unidades conectadas en paralelo. Su ubicación cercana a la carga inductiva es la

mejor manera de suplir los KVAr necesarios para corregir el factor de potencia.

Los capacitores para motores de 15HP o mayores pueden ser instalados económicamente en

los terminales del motor y conectarlos o desconectarlos cuando ocurre el arranque del mismo.

En los CCM, pueden ser localizados entre el arrancador magnético y los relés de sobrecarga.

Con el último arreglo, puede ser requerido un relé de sobrecarga más pequeño, ya que la

corriente de línea se reduce por la corriente reactiva entregada por el capacitor.

57

Cuando un grupo de motores están siendo operados (algunos en marcha y otros parados), un

único banco puede ser conectado a la barra principal del CCM para suministrar los KVA

económicamente al grupo. En esta instancia un equipo separado de desconexión es necesario

para dicho equipo. El rango del interruptor debe ser al menos tan grande como la corriente de

cortocircuito sobre el sistema en el punto de aplicación (Alves y Rollingson, 1990).

2.7.11. Ubicación de los medios de desconexión

Figura 2.15. Ubicación del medio de desconexión dentro de una gaveta de CCM (http://www.sea.siemens.com)

Anteriormente se ha descrito el CCM como un tablero que contiene gavetas, a las cuales se

hace referencia como unidades combinadas de control de motores, y que las mismas lo

conforman:

• Medios de desconexión

• Dispositivos de protección contra sobrecorriente

• Arrancadores (con dispositivos de sobrecarga)

Como se pudo ver en la fig. 2.15, el medio de desconexión consiste simplemente en una

palanca vinculada al interruptor principal, en caso de usarse este como dispositivo de protección

principal. El Código Eléctrico Nacional indica que debe haber un medio de desconexión

asociado al arrancador y deben estar a la vista uno del otro. A su vez, deberá existir un medio

de desconexión asociado al propio motor, estando de la misma forma a la vista uno del otro. De

igual manera se establecen excepciones, por lo cual se recomienda revisar el artículo 430.102

para más información.

58

Ahora bien, es conveniente indicar que la ubicación del motor con respecto al centro es algo

que varía en cada planta industrial, o mejor dicho, en cada lugar donde se disponga de estos

equipos. El motor puede estar o no a la vista, e incluso el arrancador puede estar o no ubicado

dentro del CCM. Se suele instalar dispositivos de desconexión en las proximidades del

arrancador o del motor según sea el caso.

2.7.12. Puesta a tierra del CCM (www.sea.siemens. com)

Como se indicó antes, la barra principal de protección a tierra es obligatoria y está ubicada a lo

largo del panel. Puede ser de aluminio, hierro galvanizado o cobre.

El método más utilizado y en teoría más efectivo es aterrar cada alimentador con la barra de

tierra en por lo menos un punto. Es importante resaltar que cada alimentador es aterrado

automáticamente a través de los ganchos mencionados anteriormente (2.6.3) que vienen

incluidos en cada unidad, por lo cual la unidad completa esta puesta a tierra, y con ella todos los

componentes.

La condición ideal implica un aterramiento individual de cada uno de los componentes de la

gaveta, pero esto normalmente no es requerido debido a la practicidad del procedimiento

anterior. Ahora, podría el mismo carecer de infalibilidad debido a la armazón pintada en el cual

los componentes son montados, lo cual no garantiza un contacto perfecto con la única tierra de

la celda.

Cuando se especifiquen barras verticales, cada alimentador debe estar puesto a tierra a través

de esta barra, la cual a su vez está conectada con barra principal.



C37. 20 Switchgear Assemblies including metal enclosed bus

C19. 7 Motor Control Centers


ICS 1 Industrial control and systems

59

ISI 1 Enclosures for industrial (control and systems)

ISI 2 Seismic testing of motor control center

ICS 18 Motor Control Centers

ICS 2.3 Instructions for the handling, installation, operation and

Maintenance of Motor Control Centers.

250 Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts Maximun)

ICS 4 Terminal Blocks of Motor control Center

SG 5 Power Switchgear Assemblies

ICS 6 Industrial Control and Systems: Enclosures



for Industrial Plants.



FONDONORMA 2942 Centros de Control de Motores hasta 600V.

60


Tabla 2.3. Contenido típico de una especificación de CCM

Especificación para CCM



• Tensiones auxiliares de servicio

• Condiciones ambientales

• Características constructivas

• Diseño y Construcción

- Tipo de Encerramiento

- Accesibilidad

- Sistema de barras

- Transformadores de corriente,

potencial y control

- Unidades arrancadoras (N° de

unidades por sección vertical)

- Cableado de fuerza y control

- Accesorios (ej: calentadores)

- Equipos de conexión a tierra

- Pintura

- Placas de identificación

- Equipamiento de reserva

- Medidores y relés

- Protecciones

• Inspección y prueba

• Garantía

• Embalaje y transporte

• Anexos

- Hoja de datos

- Diagramas unifilares

2.10. PROCEDIMIENTO Y&V

Para mayor información, se puede consultar el procedimiento C-EL-06-P “Diseño de Centro de

Control de Motores de Baja Tensión”. Este procedimiento comprende las actividades necesarias

que deben ejecutar los ingenieros de la disciplina de Electricidad, para determinar el

dimensionamiento y las características técnicas mínimas a expresar en los planos y

documentos que especifican un Centro de Control de Motores de Baja Tensión.

61


1. Enríquez Harper, Gilberto. El ABC de las instalaciones eléctricas industriales. Editorial

Limusa. 4° Edición, 2002.

2. PDVSA. Manual de Ingeniería de Diseño. Volumen 4-I: Especificación de Ingeniería.

1993.


Industriales. 1990.

4. IEEE Red Book. Electric Power Distribution for Industrial Plants. 1993.

5. Kosow, Robert. Control de Máquinas Eléctricas. Editorial Reverté, 1991.

6. Empresas Y&V. Hoja de Datos para el suministro de CCM 6,9KV, Complejo Criogénico

de Occidente. 2003.

7. NEMA Standards Publication N°250. Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts

Maximun). 1997.

8. NEMA Standards Publication MG N°1. Motors and Ge nerators. 2006.

9. Procedimiento Y&V C-EL-06-P “Diseño de Centro de Control de Motores de Baja

Tensión”.

Catálogos, artículos y sitios web:

SIEMENS. Electrical training Courses. Motor Control Centers.

http://www.sea.siemens.com/step/pdfs/motor_control_centers.pdf

WESTINGHOUSE. Electrical Specification Guide, Catalog 55 - 000. 1.980.

IEE. CP-2000 Centro de Control de Motores. 2000.

http://www.ieespain.com/documentos/ArmariosCP2000.pdf

Capítulo 3

Especificación de Motores

63

CAPITULO 3

ESPECIFICACION DE MOTORES

TABLA DE CONTENIDO

3.1. OBJETIVO .......................................... .......................................................................... 64

3.2. INTRODUCCION .......................................................................................................... 64

3.3. DEFINICIONES ............................................................................................................. 65

3.4. CRITERIOS GENERALES ............................... ............................................................. 65

3.4.1. Valores Nominales establecidos por NEMA ........................................................... 65

3.4.2. Dimensiones .......................................................................................................... 67

3.4.3. Clasificación de los motores según NEMA ........................................................... 68

3.4.4. Consideraciones de par motriz .............................................................................. 68

3.4.5. Clasificación de los motores de jaula de ardilla según NEMA ............................... 72

3.4.6. Valores recomendados de potencia en función de la tensión ................................ 75

3.4.7. Desbalances y fluctuaciones en la alimentación .................................................... 75

3.4.8. Métodos de arranque............................................................................................. 76

3.4.9. Hermeticidad y Grados de Protección ................................................................... 77

3.4.10. Aislamiento ............................................................................................................ 79

3.4.11. Tipo de embobinado .............................................................................................. 80

3.4.12. Temperatura de funcionamiento y Factor de Servicio ............................................ 81

3.4.13. Altitud .................................................................................................................... 83

3.4.14. Eficiencia ............................................................................................................... 84

3.4.15. Factor de Potencia ................................................................................................ 85

3.4.16. Niveles de ruido ..................................................................................................... 86

3.4.17. Montaje ................................................................................................................. 86

3.4.18. Accesorios ............................................................................................................. 88

3.4.19. Chequeo final ........................................................................................................ 88


3.6. CONTENIDO TIPICO DE UNA ESPECIFICACIÓN ............ .......................................... 90

3.7. PROCEDIMIENTO Y&V ................................................................................................ 90


64

3.1. OBJETIVO

Exponer los aspectos más importantes relacionados con la especificación de motores de

inducción, tanto del tipo jaula de ardilla como del tipo rotor devanado, con el sustento de la

norma NEMA MG 1 - 2006 “Motors and Generators”, así como el contenido de una

especificación.

3.2. INTRODUCCION

Los motores eléctricos desempeñan un papel muy importante proporcionando potencia para

distintos tipos de aplicaciones: domésticas, comerciales e industriales. Su enorme versatilidad y

economía de operación, prácticamente no puede ser igualada por ninguna otra forma de

potencia para movimiento. Se estima que los motores eléctricos se emplean en casi un 90% de

las aplicaciones industriales, cantidad que podría ser mayor considerando las distintas variantes

que existen.

Desde el punto de vista de fuentes de generación de energía eléctrica, la mayor parte que se

genera es corriente alterna, por lo que la mayoría de las aplicaciones de los motores eléctricos

es en corriente alterna. Aún cuando desde el punto de vista de diseño existen también los

motores de corriente continua, existen aplicaciones en donde los motores de CA pueden

sustituir a los motores de CC con algunas ventajas debido principalmente a sus diferencias

constructivas, y a los avances que se han tenido en el diseño de los dispositivos de control.

Por diseño, se puede decir que los motores de CA, especialmente los motores de inducción,

son muy convenientes en aplicaciones de velocidades constantes, aún cuando existen métodos

modernos de variación de velocidad. En este capítulo se hará referencia a la norma MG 1 de

NEMA “Motors and Generators”, especialmente al contenido dirigido hacia este tipo de motores,

los cuales pueden encontrarse de dos tipos:

- Motores de inducción de Jaula de Ardilla

- Motores de inducción de Rotor Devanado

Si mayor información de la mostrada en este capítulo es requerida, se recomienda revisar con

profundidad el contenido de la norma anteriormente mencionada.

65

3.3. DEFINICIONES

- Motor de inducción: Tipo de motor en el cual la corriente alterna circulante por las bobinas

del estator producen un flujo magnético rotante que por ley de Faraday, inducen una

tensión alterna en el devanado del rotor. Este, al estar cortocircuitado conduce una

corriente alterna a través de él que a su vez crea un segundo flujo rotante. La interacción

entre los dos flujos crea el par.

- Motor de inducción de jaula de ardilla: Motor cuyo rotor está construido con barras

conductoras que están en paralelo con el eje, y en cortocircuito por unos anillos en sus

extremos, que a su vez lo soportan físicamente.

- Motor de inducción de rotor devanado: Motor de inducción en el cual el rotor está

construido de bobinas cuyos terminales llegan a unos anillos rozantes montados sobre el

eje.

3.4. CRITERIOS GENERALES

3.4.1. Valores Nominales establecidos por NEMA

• Potencia

Tabla 3.1. Valores nominales de potencia en HP normalizados por NEMA (NEMA MG1, 2006)

¼ 50 900 8.000 30.000

1/3 60 1.000 9.000 35.000

½ 75 1.250 10.000 40.000

¾ 100 1.500 11.000 45.000

1 125 1.750 12.000 50.000

1,5 150 2.000 13.000 -

2 200 2.250 14.000 -

3 250 2.500 15.000 -

5 300 3.000 16.000 -

7,5 350 3.500 17.000 -

10 400 4.000 18.000 -

15 450 4.500 19.000 -

20 500 5.000 20.000 -

25 600 5.500 22.500 -

30 700 6.000 25.000 -

40 800 7.000 27.500 -

66

• Velocidad

Tabla 3.2. Valores nominales de velocidad en RPM normalizados por NEMA (NEMA MG1, 2006)

3.600 514 277 164 100

1.800 450 257 150 95

1.200 400 240 138 90

900 360 225 129 86

720 327 200 120 80

600 300 180 109 -

• Tensión de suministro

Tabla 3.3. Valores nominales de tensión de servicio (a 60Hz) en voltios normalizados por NEMA (NEMA MG1, 2006)

240

480

600

2.400

4.160

6.900

13.800

• Tensión nominal

Los motores son diseñados para tener un desempeño óptimo operando a un específico nivel de

tensión, el cual se conoce como tensión nominal. El sistema de distribución de nuestro país

presenta deficiencias en la red, desde el punto de vista de la regulación de tensión.

Considerando este hecho, los motores son diseñados con un 10% de factor de seguridad. Así

pues, la tensión nominal de los motores es ligeramente inferior a la tensión nominal de servicio

(ver tabla III y tabla IV) para así evitar daños por recalentamiento, hecho que le ocurre al motor

al operar por debajo de dicha tensión.

67

Tabla 3.4. Tensiones nominales (a 60Hz) en voltios para motores normalizados por NEMA (NEMA MG1, 2006)

230

460

575

2.300

4.000

6.600

13.200

3.4.2. Dimensiones

En la figura siguiente, tomada de la norma NEMA MG1, se muestran algunas de las

dimensiones normalizadas que se establecieron como referencias para los fabricantes en el

diseño de motores y de máquinas en general:

Figura 3.1. Dimensiones normalizadas para el diseño de motores (NEMA MG1, 2006)

Todas las dimensiones deben ser consideradas por el fabricante para el diseño. Por otra parte,

la norma también señala que cualquier dimensión que éste desee indicar y no se encuentre

dentro de la lista de medidas, deberá nombrarse con letras de su escogencia, pero

anteponiendo la letra X a modo de prefijo. El listado completo puede encontrarse en el anexo 5,

en el cual aparece la tabla 4-1 de la norma.

El número de tamaño de las carcazas (frame number) en los motores eléctricos, es un valor

constructivo, el cual está también normalizado y se obtiene mediante de la aplicación de unos

68

ωπ ⋅=⋅⋅=⋅= msal Tt

2rF

t

dFWP

HP746WPsal ⋅=

pasos sencillos con la ayuda de una tabla elaborada también por NEMA (sección 4 - 2 de la

norma MG1), a partir de las dimensiones “D” y “2F”. Estos números vienen seguidos por una

letra como sufijo, la cual se relaciona con diversos aspectos en particular. La serie V, por

ejemplo, son los que operan únicamente de forma vertical, la serie S tiene que ver con un

tamaño reducido de eje.

3.4.3. Clasificación de los motores según NEMA (MG1 , 2006)

• Motores pequeños o fraccionarios: motores de potencia inferior a 1HP.

• Motores medianos: motores de potencia comprendida entre 1 y 500HP.

• Motores grandes: motores de potencia superior a los 500HP.

3.4.4. Consideraciones de par motriz

3.4.4.1. Ecuaciones y circuito equivalente

Un aspecto importante a considerar es cómo igualar la capacidad de par generada por un motor

con los requerimientos de par de una carga conectada a éste (bomba, mezclador, ventilador,

etc.).

En la práctica, muchos de los problemas acerca de la aplicación de motores pueden ser

solucionados sin un análisis detallado, para determinar si el par neto disponible será suficiente o

no para las condiciones de servicio. Si la solución no es obvia, y la respuesta no puede ser

determinada por una simple inspección de los datos, será necesario realizar un análisis más

completo de los límites dentro de los cuales debe operar el motor.

Potencia de Salida:

Ec. 3.1

Ec. 3.2

69

fpIV3HP746

WP LLent ⋅⋅⋅=⋅=η

2'

rth

2th

2th

'r

e

ee

sR

RX

V

s

RmT

++⋅⋅=

ω

sR

VmT

'

re

2

thee ⋅

⋅⋅≅

ω

Donde:

salP : Potencia de Salida (W)

F: Fuerza <N>

d: Desplazamiento <m>

r: Radio del eje <m>

ω : Velocidad angular <rad/seg>

t: Tiempo <s>

mT : Par mecánico <N.m>

Ec. 3.3

Donde:

entP : Potencia de Entrada <W>

LV : Tensión de línea <V>

LI : Corriente de línea <A>

fp : Factor de potencia

η : Eficiencia del motor

Par Eléctrico:

Ec. 3.4

Aproximaciones

Condición de Operación:

Ec. 3.5

70

s

R

Z

VmT

'r

2

th

2th

e

ee ⋅⋅≅

ω

Condición de Arranque:

Ec. 3.6

Donde:

Te : Par Eléctrico <N.m>

em : Número de fases del estator

eω : Frecuencia angular de las corrientes del estator <rad/seg>

s : Deslizamiento

mientras que 'rR , s, thV , thR y thX son parámetros del equivalente Thévenin del circuito

equivalente de la máquina de inducción referido al estator, el cual se presenta en la fig. 3.2:

Figura 3.2. Equivalente Thévenin del C.E. de la máquina de inducción referido al estator (Aller, 2004)

3.4.4.2. Definiciones de par

Es conveniente indicar que la forma de la curva par-velocidad que se mostrará luego de las

siguientes definiciones (fig. 3.3), es el resultado gráfico computarizado de la ecuación de par

eléctrico del motor presentada anteriormente. En la misma existen puntos de gran importancia

para el análisis del comportamiento del motor y sobre los cuales se basa el diseño del mismo,

todo bajo el marco de la aplicación para la cual estará destinado. NEMA, en las normas MG1

“Motors and Generators” y MG2 “Safety Standard and Guide for Selection, Installation, and Use

of Electric Motors and Generators” presenta las siguientes definiciones de par:

• Par nominal (full-load torque)

Es el par necesario para producir la potencia nominal a la velocidad nominal. Cuando por

alguna razón el par de carga aumenta, la velocidad del motor disminuye, trayendo como

71

consecuencia un aumento del deslizamiento y el posterior incremento del par eléctrico. En este

caso el punto de operación, normalmente ubicado a la derecha del punto de par máximo, se

mueve hacia la izquierda, y hacia la derecha en caso de un decremento de la carga (ver fig.

3.3).

• Par mínimo de aceleración (pull-up torque)

La curva par-velocidad puede tener una característica en la que exista un punto de par mínimo

entre el par de arranque y el par máximo. NEMA define el punto como “el mínimo par

desarrollado por el motor durante el período de aceleración, desde que está detenido hasta que

llega al par máximo”. En motores en los cuales no hay un par máximo definido, se define como

el mínimo par que lleva al motor a su velocidad nominal.

• Par máximo (breakdown torque)

Es el más alto par que desarrollará a tensión y frecuencia nominal, sin que esto signifique una

caída abrupta de la velocidad, lo cual ocurrirá si el motor continúa sobrecargado al llegar a este

punto (suponiendo un incremento de la carga a partir de una condición de operación dada).

• Par de arranque (locked-rotor torque)

Es el mínimo par que el motor desarrolla mientras está detenido, para todas las posiciones

angulares del rotor, a tensión y frecuencia nominal. Para que el rotor inicie el movimiento este

par debe ser obligatoriamente superior al de carga.

En la figura 3.3, en donde se muestra una curva modelo par-velocidad de un motor de

inducción, se ubican los puntos de par anteriormente descritos.

72

Figura 3.3. Pares de la máquina de inducción (www.sea.siemens.com)

3.4.5. Clasificación de los motores de jaula de ard illa (NEMA MG2, 2006)

Para distinguir entre diversos tipos disponibles, NEMA ha desarrollado un sistema de

identificación con letras en la cual cada tipo de motor comercial de inducción (de jaula de

ardilla) se fabrica de acuerdo con determinada norma de diseño y se coloca en determinada

clase, identificada con una letra.

El desempeño de los distintos diseños NEMA de motores de inducción de jaula de ardilla, se

resumen en la siguiente tabla resumen, tomada de la norma MG2:

Tabla 3.5. Clasificación NEMA para los motores trifásicos jaula de ardilla (NEMA MG2, 2006)

Diseño

NEMA

Corriente de

Arranque

Par de

Arranque

Par

máximo

%

Deslizamiento

Aplicaciones

A

Alta

Normal

Alto

Inf. al 5%

Herramientas, bombas

centrífugas, ventiladores.

B

Normal

Normal

Alto

Inf. al 5%

Herramientas, bombas

centrífugas, ventiladores.

C

Normal

Alto

Normal

Inf. al 5%

Compresores y cintas

transportadoras cargadas.

D

Baja

Muy Alto

Muy alto

5% o más

Troqueladoras

F

Muy baja

Bajo

Muy bajo

5% o más

Ventiladores grandes

73

• Motores Clase A (normal, estándar)

Los motores de diseño clase A son los motores de diseños normales, con un par de arranque

normal y un deslizamiento inferior al 5%. El deslizamiento de plena carga de los motores de

diseño A debe ser de igual característica, y a su vez menor que el de los motores de diseño B

de condiciones equivalentes.

El par máximo está entre 200 y 300% del par nominal, y sucede a bajo deslizamiento (menos

del 20%). El par de arranque de este diseño es por lo menos el nominal para los motores más

grandes, y de 200% del nominal o más, para los motores más pequeños. El problema principal

con esta clase de diseño es su extremadamente alto valor de la corriente durante el arranque

(entre 500% y 800% de la corriente nominal). Con estos motores, en tamaños por encima de

unos 7.5 HP, se debe utilizar alguna forma de arranque de tensión reducida para controlar los

problemas de la caída de voltaje en el sistema de potencia al cual están conectados. En

tiempos pasados, el diseño de motores clase A era el diseño común para la mayor parte de las

aplicaciones entre 7.5 HP y 200 HP, pero durante los últimos años han sido reemplazados por

los motores de diseño clase B.

• Motores Clase B (de propósito general)

Los motores de diseño clase B tienen un par de arranque idéntico al clase A, una corriente de

arranque más baja (cerca de un 25% menos) y un deslizamiento inferior al 5%. El par máximo

es mayor o igual al 200% del nominal, pero menor que el de diseño clase A, en razón del

aumento de la reactancia del rotor. Las aplicaciones son similares a aquellas del diseño clase A,

pero se prefieren estos motores por razón de sus menores exigencias de corriente de arranque.

• Motores Clase C (doble jaula, alto par)

En estos motores el par máximo es ligeramente más bajo que el de los motores de clase A,

mientras que el par de arranque llega hasta un 250% del par nominal. Estos motores se

fabrican con rotores de doble jaula por lo que son más costosos que los motores de las clases

anteriores. Se usan para cargas que requieren un alto par al ser puestos en marcha, tales como

bombas cargadas, compresores y bandas transportadoras.

74

• Motores Clase D (alto par, alta resistencia)

Son, esencialmente, motores de inducción comunes, de clase A, pero con las barras del rotor

más pequeñas y hechos de un material de más alta resistencia óhmica. Con esto se consigue

que el par máximo se presente a muy baja velocidad. Incluso es posible que ocurra a velocidad

cero (100% de deslizamiento). El deslizamiento a plena carga para estos motores es bastante

alto en razón de la alta resistencia del rotor, la que por lo general tiende de un 7 a un 11%, pero

puede llegar hasta al 15% o más. Estos motores se usan en aplicaciones que requieren la

aceleración de cargas de tipo inercias extremadamente altas, como cizallas o troqueles.

• Motores Clase F (doble jaula, bajo par)

Están diseñados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor

corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su

devanado de arranque como en el de marcha.

El motor de clase F produce pares de arranque aproximadamente 1,25 veces el par nominal y

bajas corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Debido a la relativamente alta

resistencia del rotor, estos motores tienen baja eficiencia de funcionamiento. Por otra parte,

cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas corrientes de arranque eliminan la necesidad

de equipo arrancador para tensión reducida, aún en los tamaños grandes, pudiendo compensar

en parte el costo del uso de un motor de bajo rendimiento.

Figura 3.4. Curvas Par-Deslizamiento de las distintas clases de motores según NEMA (Alves y Rollingson, 1990)

75

3.4.6. Valores recomendados de potencia en función de la tensión

Tabla 3.6. Valores de potencia recomendados por NEMA para frecuencia de 60Hz (NEMA MG1, 2006)

Rango de tensión (V)

Potencia recomendada (HP)

230 – 460

Hasta los 100

460 – 575

100 - 600

2.300

200 - 5.000

4.000

200 - 7.000

6.600

1.000 -15.000

13.200

3.500 en adelante

Tabla 3.7. Valores de potencia recomendados por PDVSA para frecuencia de 60Hz (PDVSA N-201, 1993)

Rango de Tensión (V)

Potencia recomendada (HP)

115

1/2 y menores

460

3/4 - 150

2.300

200 - 350

4.000 ó 2.400

400 - 7.000

6.600 ó 4.000

4.000 -7.000

13.200 (según requerimientos)

7.000 en adelante

3.4.7. Desbalances y fluctuaciones en la alimentaci ón

Los motores eléctricos para uso trifásico son diseñados asumiendo que la tensión de línea

aplicada es balanceada. Si no es así, las corrientes a través de los arrollados también lo serán;

un desbalance en tensión de 1% puede ocasionar un desbalance de corriente de hasta 8%. El

resultado es que algunas partes del estator, por flujo magnético disperso, se calentarán más

que otras, apareciendo puntos críticos que pueden causar la avería del motor (Alves y

Rollingson, 1990).

76

Además de lo anterior, el desbalance de corriente tratará de hacer girar al eje en la dirección

opuesta debido a la aparición de flujos magnéticos de secuencia negativa, reduciendo el par

neto de salida.

En cuanto a la regulación de tensión, se trata de un compromiso entre el fabricante y el sistema

de distribución puesto que es prácticamente imposible garantizar una tensión invariable por

razones económicas en el punto de utilización; y por otra parte, resultaría muy costoso el diseño

de un equipo que operase satisfactoriamente en una banda de tensión excesivamente amplia.

Según NEMA (MG1, Sección 12.44), los motores de corriente alterna deben operar

exitosamente estando en marcha con su carga nominal con una variación de tensión o

frecuencia que cumpla con lo siguiente:

• Más o menos 10% de la tensión nominal, a la frecuencia nominal.

• Más o menos 6% de la tensión nominal, a la frecuencia nominal para motores

universales (motores que pueden trabajar en CA o CC).

• Más o menos 5% de la frecuencia nominal a la tensión nominal.

• Una combinación en la variación de la tensión y frecuencia del 10% (suma de los valores

absolutos) de los valores nominales.

Para más información se puede consultar la sección 14.30 de la norma MG 1, la cual habla

sobre los efectos de la variación de la tensión y la frecuencia sobre la temperatura, par de

arranque, el deslizamiento, el factor de servicio, entre otros aspectos.

3.4.8. Métodos de arranque

El arranque directo (a plena tensión), se considera el método preferido en todos los casos

donde sea práctico su uso. Este método provee el máximo par de aceleración y lleva al motor y

a la carga a la velocidad nominal en el menor tiempo. Desafortunadamente, acarrea altas

corrientes de arranque (típicamente de 6 a 7 veces la corriente nominal de plena carga, esto

depende de la impedancia de la fuente de alimentación) lo cual puede ocasionar efectos

perjudiciales en las otras cargas conectadas a la misma fuente de alimentación.

En los casos en que no se pueda utilizar el arranque directo, se utiliza el arranque por tensión

reducida con lo cual se disminuyen las corrientes de arranque hasta un valor seguro, aunque

77

esto represente una considerable inversión de capital, que dependerá en alto grado de la

complejidad del sistema de control empleado. En el capítulo anterior fueron descritos los

métodos de arranque de motores más utilizados en la industria. La siguiente tabla se muestra

los porcentajes típicos de tensión, corriente y par obtenidos de algunos de ellos:

Tabla 3.8. Comparación entre los diversos sistemas de arranque (Mott, 2006)

Tipo de arranque

% de INOM

en el arranque

Intensidad

de arranque

% de par

respecto al arranque directo

Escalone

s de arranque

N° de

hilos al motor

Cortes

breves de corriente en el arranque

Directo

100%

6 INOM

100%

1

3

No

Estrella – Triángulo

33%

1,65 INOM

33%

2

6

Si (transición abierta)

Resistencias estatóricas

60-70%

3-3,5 INOM

30-50%

2 ó 3

3

No

Resistencias rotóricas

60-70%

3,5 INOM

50%

2

6

No

Autotransf.

30-70%

1,5-4 INOM

30-70%

2, 3 ó 4

3

No

Arrancadores estáticos

12-50%

hasta 4,5 INOM

desde 25%

progresivo

3

No

En el punto 7.6 del capítulo “Centros de Control de Motores” se dispone de más información

sobre los diversos arrancadores de motores, así como en el punto 5 del capítulo “Esquemáticos

de Control”, con información sobre los diagramas funcionales de cada uno de ellos.

3.4.9. Hermeticidad y Grados de Protección

El ambiente en el cual el motor es instalado tiene un gran efecto en la expectativa de vida de la

unidad. Esta depende de que sea apropiadamente protegido contra basuras, polvos, agua y

otros contaminantes.

La principal diferencia con respecto a los tipos de cerramientos, está en el grado de protección

que otorgan a los arrollados. NEMA, en la sección 1.25 de MG 1, muestra una clasificación en

la cual se dividen los encerramientos en dos tipos: máquinas abiertas (open machines) y

máquinas completamente encerradas (totally enclosed machines). Cada uno de estos, a su vez,

esta subdividido. Además tienen un código relacionado con el grado de protección (IP) y el

método de enfriamiento (IC), en conformidad con las normas IEC. Información sobre los grados

de protección se puede encontrar en los anexos 6 y 7.

78

El encerramiento a prueba de goteo ODP (OPEN - Drip Proof Machine) debe ser el primero a

ser considerado por ser el menos costoso. Su unidad ofrece la mínima protección contra los

efectos del ambiente. Si éste es muy húmedo, debe utilizarse el encerramiento que está

protegido contra la intemperie WPI (OPEN - Weather Protected Machine Type I). Este también

es recomendado para instalaciones interiores con poca humedad en la atmósfera, o para

instalaciones exteriores con un techo o cubierta similar sobre el motor.

Cuando la atmósfera contenga ácidos, sales u otros químicos que puedan dañar los arrollados

se debe especificar un encerramiento (carcaza) del tipo “TOTALLY ENCLOSED (TE)”, en el

cual no hay intercambio libre de aire entre el interior y el exterior de la misma.

Para instalaciones exteriores y atmósferas que contienen polvo y suciedad deben utilizarse del

tipo WPII (OPEN - Weather Protected Machine Type II) o un TEFC (TE - Fan Cooled Machine).

Debido al ventilador externo de este último, los motores que trabajan bajo esta configuración

producen más ruido que un motor abierto de la misma capacidad (3 a 6 dB más, revisar el punto

4.15). Si este nivel de ruido no es admisible, se puede considerar un TEWAC (TE - Water to Air

Cooled Machine). Este es un motor totalmente encerrado que utiliza un intercambiador de calor

agua - aire para remover el calor, el intercambiador es montado sobre el estator, y el aire es

soplado sobre la tubería de agua por un ventilador montado internamente sobre el eje del rotor.

No obstante se debe considerar el incremento de los costos de mantenimiento por limpieza,

agua fría, y frecuentemente el mayor costo de la torre de enfriamiento.

Si el motor está instalado en una atmósfera donde estén usualmente presentes gases y polvos

explosivos o fibras fácilmente inflamables, la carcaza del modelo TEFC debe ser especificada

para impedir eventuales explosiones a fin de no producir chispas o llamas que puedan escapar

al ocurrir una falla interna, y para que la temperatura superficial del motor no alcance el 80% de

la temperatura de ignición de los gases o polvos en el aire.

Un diseño a prueba de explosiones XP (TE - Explosion Proof Machine) no es necesario utilizarlo

en áreas clasificadas como División 2, en las cuales, si bien se almacenan o procesan

productos inflamables, existen concentraciones peligrosas (ver artículo 500 del Código Eléctrico

Nacional para más información). Para estas áreas la especificación se rige por la condición

atmosférica normal.

79

Cuando un motor grande se requiera en una atmósfera explosiva, se debe especificar un motor

cuya carcaza impida la entrada de los contaminantes a su interior, tales como el TEFV (TE -

Force Ventilated Machine) cuyo interior es presurizado (Alves y Rollingson, 1990).

3.4.10. Aislamiento

La norma NEMA MG 1 divide los sistemas de aislamiento en clases de acuerdo con su

resistencia y/o mantenimiento de la vida útil ante los incrementos de temperatura. Son utilizados

cuatro sistemas de aislamiento en motores y generadores llamados clases, existiendo entonces

las clases A, B, F y H. Las clases fueron establecidas de acuerdo a las temperaturas que

aparecen en la norma IEEE 1-2000 “IEEE Recommended Practice - General Principles for

Temperature Limits in the Rating of Electrical Equipment and for the Evaluation of Electrical

Insulation”, la cual en su sección 8.2 las presenta clasificadas de la manera siguiente a

continuación:

Tabla 3.9. Clasificación térmica de los aislamientos eléctricos (IEEE 1, 2000)

Clasificación térmica

Temperatura límite, °C

A

105

E

120

B

130

F

155

H

180

N

200

R

220

S

250

C

>250

De acuerdo a la tabla, el aislamiento se clasifica entonces:

• Clase A: Ofrece resistencia hasta la temperatura límite de la clase A (105ºC).

• Clase B: Ofrece resistencia hasta la temperatura límite de la clase B (130ºC).

• Clase F: Ofrece resistencia hasta la temperatura límite de la clase F (155ºC).

• Clase H: Ofrece resistencia hasta la temperatura límite de la clase H (180ºC).

80

Muchos motores son diseñados para las condiciones de temperatura compatibles con el

aislamiento Clase B. Los aislamientos Clase H y Clase F son recomendados para climas cálidos

y grandes altitudes. Pero si estos operasen en un ambiente Clase B, tiene la posibilidad de

brindar mayor potencia que la nominal sin alcanzar la temperatura de daño.

De acuerdo entonces con la clasificación térmica, será el tipo de aislamiento que se va a utilizar.

Es conveniente indicar que los aislamientos en un embobinado son muy importantes, ya que de

estos depende que la parte eléctrica no tenga ningún contacto con la parte de hierro de la

máquina, lo cual resultaría peligroso para el operador.

Los aislamientos deben estar constituidos de materiales que eviten que la humedad y el polvo

reduzcan su capacidad de aislamiento, además de soportar determinadas temperaturas, y

proteger las bobinas. Entre la variedad de aislamientos se puede encontrar: plásticos, barnices,

papel, cintas de fibra de vidrio, entre otros.

En atmósferas que contienen gases corrosivos, como por ejemplo las petroquímicas en donde

se puede dañar el aislante, se deben utilizar aislamientos clase F, pero del tipo VPI (Vacuum

Pressure Inpregnated).

3.4.11. Tipo de embobinado (http://www.kato-eng.c om)

• Embobinado del tipo “Form - Wound”

En este tipo de arrollados, el conductor tiene forma cuadrada o rectangular. El aislamiento es

diseñado para soportar variaciones de tensión bruscas, así como incrementos temporales o

impulsos. Las vueltas están arregladas sistemáticamente una al lado de la otra. Este trabajo

adicional implica un incremento en el costo con respecto al arrollado del tipo Random - Wound.

• Embobinado del tipo “Random - Wound”

En este caso, las bobinas están dispuestas en forma aleatoria, por lo cual la mecanización del

trabajo es más alta, lo cual implica un costo menor. A medida que se está realizando el proceso,

una bobina puede ubicarse en diferentes posiciones con respecto a otras bobinas, a lo largo de

su dimensión axial. Este hecho, si se toma en cuenta para todas las bobinas, deriva en un

incremento de los esfuerzos eléctricos entre las mismas.

81

3.4.12. Temperatura de funcionamiento y Factor de Servicio (FS)

Los motores son diseñados y construidos apropiadamente para operar dentro de sus rangos

nominales, siempre y cuando la temperatura del aire no exceda los valores límites de

incremento de temperatura que establece NEMA MG1 en base a 40°C de temperatura

ambiente. Ahora bien, en muchas aplicaciones los motores deben trabajar a temperaturas

mayores a 40°C, por lo que las cifras que se presen tan a continuación, representan incrementos

de temperatura con respecto a esta cantidad. Se trata simplemente de “en cuánto” puede

aumentar su temperatura el punto más caliente del devanado sin que se deteriore el aislante.

a) Límites de incremento de temperatura para motor es pequeños

• Aislamiento clase A: Entre 60 y 70°C.

• Aislamiento clase B: Entre 80 y 90°C.

• Aislamiento clase F: Entre 105 y 110°C.

• Aislamiento clase H: Entre 125 y 135°C.

b) Límites de incremento de temperatura para motor es medianos





c) Límites de incremento de temperatura para motor es grandes





Nota: Las temperaturas límites dependen del tipo de motor (OPEN o TE), la condición de factor

de servicio de 1,15 o de 1,0; la altitud y el método para la medición de temperatura. Se

recomienda consultar las secciones 12.42, 12.43 y 20.8 de NEMA MG1.

82

Para que el motor opere satisfactoriamente por un largo período de tiempo (alrededor de 20

años), la máxima temperatura dentro de él debe mantenerse por debajo de los límites del

aislamiento. Sin embargo, los cambios en los requerimientos en la carga pueden causar que el

motor incremente temporalmente su temperatura, debido a que esta acción viene incluida con la

elevación del deslizamiento, el par y la corriente.

Cuando la temperatura ambiente exceda los 40°C, mot ores de ciclo continuo deben ser

seleccionados en base a la temperatura ambiente, los motores de ciclo intermitente y motores

de servicio donde la temperatura no exceda los 40°C se seleccionarán en base a esta

temperatura. En los ambientes con temperaturas menores a 10°C debe tenerse cuidado

especial de especificar la adecuada lubricación para bajas temperaturas (Alves y Rollingson,

1990).

En cuanto al factor de servicio, se puede indicar que en ocasiones los requerimientos de carga

pueden exceder la potencia nominal del motor, en estos casos es deseable especificar un motor

con un factor de servicio de 1,15 (los valores típicos son 1; 1,15; 1,20 y 1,25 aunque se utilizan

en ocasiones más altos). Esto significa que el motor podrá soportar continuamente una carga

de hasta el 115% de la potencia nominal sin exceder los límites de calentamiento, los mismos

que fueron descritos anteriormente. A modo de ejemplo, la norma destaca que la operación con

un factor de 1,5 causa hacia el aislamiento del motor un deterioro térmico al doble de la

velocidad, con respecto a un motor trabajando con un factor de servicio de 1.

Las variaciones en la tensión son más significativas en una planta industrial que las variaciones

en frecuencia. Transitorios, parpadeos, distorsiones armónicas entre otros, si bien duran

milisegundos, involucran serios problemas de regulación de tensión existentes en la industria

eléctrica. Normalmente no superará el 10% de la tensión nominal, por defecto y exceso.

Cuando ocurren estas fluctuaciones, pueden surgir picos de tensión que afecten al motor que

trabaja bajo factor de servicio, debido a que la temperatura sufrirá un incremento adicional

inaceptable además del ya ocurrido por haber aumentado el nivel de exigencia. Se debe tener

en cuenta que si ocurre una baja de tensión momentánea, disminuirá el par eléctrico sobre la

carga, lo cual traerá consigo una reducción de su velocidad y por lo tanto un aumento del

deslizamiento y la corriente.

83

( )

⋅=33000

3300-alt-1TT tablas

L

altitud

L

En el momento de hacer la especificación se debe tener claro el papel que juega este

importante dato dentro de ella: El factor de servicio no existe para incrementar la potencia

nominal al motor, como suele pensarse. Un motor de 10HP con un factor de servicio de 1,15 no

debe ser tratado como un motor de 11,5HP para mover una bomba o un ventilador a una

potencia constante de 11HP. Esto no es aceptable, debido a que la operación continua con

factor de servicio mayor a la unidad se traduce en una reducción de su vida útil, la cual está

establecida en función a la operación bajo carga nominal. Durante la operación con factor de

servicio, la eficiencia, el factor de potencia y la velocidad de operación pueden variar con

respecto a los valores bajo carga nominal. Particularmente la eficiencia tiende a reducirse (Cole,

2000)

El factor de servicio es una posibilidad que el fabricante le da al usuario en el sentido que puede

seguir utilizando el motor adquirido en el caso tal, que de manera imprevista, se deba operar

con una carga mayor a la habitual, bien sea de manera temporal o permanente. Lo que se debe

tener en cuenta, es que si el factor se utiliza de manera permanente o muy prolongada, el motor

durará menos que lo que duraría trabajando sin el factor, y aún menos si el sistema eléctrico

presenta fluctuaciones de tensión (Cole, 2000)

3.4.13. Altitud

Los valores nominales establecidos por NEMA están basados en, además de una temperatura

de 40°C, para una altura máxima de 1.000m sobre el nivel del mar. Variaciones por sobre estas

cantidades requerirán una “depreciación” de los valores nominales del motor o simplemente un

uso de un motor más grande.

Con relación a las temperaturas nominales, se pueden corregir los incrementos límites de

temperatura a los que se hizo referencia anteriormente, siendo el incremento límite nuevo el

proveniente de la aplicación de la siguiente ecuación, tomada de la norma NEMA:

Ec. 3.7

alt: altitud (m)

84

Tabla 3.10. Factores de depreciación recomendados según la altitud (Alves y Rollingson, 1990)

Factor

Rango de altitud (m)

0,97

1.000 - 1.700

0,94

1.700 - 2.200

0,90

2.200 - 2.700

0,86

2.700 - 3.300

0,82

3.300 - 3.800

3.4.14. Eficiencia

Para asegurar un costo inicial razonable, la regla general es especificar un motor con una

potencia cercana a la necesaria. No obstante, los costos de operación son un punto en

consideración muy importante, y la eficiencia es la mayoría de las veces el factor que determina

lo que se debe hacer.

Los motores eléctricos se encuentran disponibles en un rango de eficiencias, éstas varían

dependiendo del diseño, tamaño, carga y condiciones de operación. En la siguiente figura, se

muestra el rango desde un mínimo hasta un máximo para motores que están comercialmente

disponibles a valores de potencias diferentes. La línea discontinua indica valores típicos de

eficiencia para motores estándar.

Figura 3.5. Rango de eficiencia de motores (Henríquez Harper, 2002)

85

η⋅⋅⋅=

NN IV

HP431fp

( ) ( )

−×⋅=

n

2

n

v

2

v

fp

fp-1

fp

fp-1HP0.746kVAr

η

La eficiencia para motores estándar y motores de alta eficiencia tiende a incrementarse y el

rango se estrecha a potencias grandes, por lo tanto, lo que es considerado como alta eficiencia

para motores pequeños puede ser baja eficiencia para motores grandes.

3.4.15. Factor de Potencia

La corrección del factor de potencia debe ser tomada en cuenta para evitar la penalización por

parte de la compañía de electricidad y el sobredimensionado de los equipos. En motores, el

factor de potencia varía desde el 70 hasta el 90% a medida que se va incrementando la

potencia nominal del motor en HP.

Con respecto al uso de capacitores, NEMA establece lo siguiente:

a. Si no está especificado en la placa, el factor de potencia puede calcularse utilizando la

siguiente ecuación:

Ec. 3.8

Donde:

fp: Factor de Potencia

HP: Potencia nominal en HP

VN: Tensión nominal (V)

IN: Corriente nominal (A)


b. En motores pequeños y medianos, para hallar el valor nominal del capacitor que debe

ser utilizado en paralelo con el motor para corregir el factor de potencia al valor deseado,

se puede utilizar la siguiente ecuación:

Ec. 3.9

86

( )2No

OS11000

3VI0.9kVAr

+⋅⋅⋅⋅≤

Donde:

HP: Potencia nominal <Hp>

fpv: Factor de potencia de operación

fpn: Factor de potencia deseado


c. El valor máximo de potencia reactiva que puede ser aplicado al motor a través de la

conexión en paralelo de un capacitor se puede conseguir aplicando la siguiente

ecuación:

Ec. 3.10

Donde:

Io: Corriente en vacío a tensión nominal <A>

Vn: Tensión nominal <V>

OS: Sobre-velocidad máxima en por unidad

3.4.16. Niveles de ruido

NEMA establece unos valores límites de lo que define como nivel de energía sónica (sound

power level), al cual se hace referencia con detalle en la sección 9 de la norma MG 1. Ver el

anexo 8.

3.4.17. Montaje

Existen algunas diferencias entre los motores verticales y horizontales que deben ser tomadas

en cuenta en el momento de realizar una especificación. Los motores por son utilizados de

forma horizontal en la mayoría de las aplicaciones. Los motores verticales por lo general están

destinados a impulsar bombas que imponen altas cargas de empuje axial descendente, como

por ejemplo las bombas de pozo profundo.

En los motores verticales generalmente se utilizan lubricantes para los rodamientos, siendo por

lo general aceite. Por tal razón deben ser equipados con un medidor automático de nivel.

87

Figura 3.6. Motores Verticales (Fuente: Base de Datos de Empresas Y&V)

En la siguiente figura se presentan los tipos de montaje de motor estandarizados por NEMA. Se

debe tener en consideración que estos montajes difieren uno del otro por:

- La ubicación del montaje (en el piso, en el techo, o en un muro)

- La posición relativa de la caja de terminales con respecto a la ubicación tanto del eje

impulsor como de la fundación.

Figura 3.7. Tipos de montaje de motores establecidos por NEMA (NEMA MG1, 2006)

88

3.4.18. Accesorios

Pueden incluirse varias opciones y accesorios para ayudar a cumplir con los requerimientos del

motor. Estos pueden incluir sistemas de cojinetes, dispositivos de protección ambiental,

calentadores de espacio y medidores de temperatura. Los cojinetes don elementos mecánicos

que disminuyen la fricción entre el eje y lo que está conectado al mismo. Se pueden utilizar

sistemas de uno o más cojinetes dependiendo del peso del eje.

En cuanto a los detectores de temperatura, se usan para vigilar la temperatura de los

devanados y de los cojinetes. Hay dos tipos de detectores de temperatura: de resistencia (RTD)

y termopares. Los RTD son sensores electrónicos cuya resistencia varía con el cambio de

temperatura. Variaciones en la resistencia se traducen en variaciones de temperatura. El

termopar (o termocupla) es un tipo más robusto de sensor, ya que da una lectura más precisa a

diferencia del RTD, en el cual se toman lecturas promedio.

Finalmente, los calentadores de espacio se usan frecuentemente, para disminuir la

condensación y la absorción de humedad al mantener caliente el generador mientras no esté en

uso. Este dispositivo es de aplicación específica, dependiendo del ambiente.

3.4.19. Chequeo final

Según Alves y Rollingson (1990), cuando se esté especificando un motor deben tenerse en

cuenta algunas reglas:

- Se debe estar seguro que el motor producirá suficiente par para arrancar y manejar la

carga.

- Se debe especificar un motor estándar NEMA cuando sea posible.

- Se debe elegir un cerramiento (carcaza) compatible con el medio ambiente.

- Se debe especificar un aislamiento tipo VPI cuando sea práctico, especialmente en

ambientes químicos.

89

- Incluir la altitud, temperatura ambiente y el nivel de humedad en la especificación si ellas

sobrepasan los niveles usuales.

- Permitir que el fabricante seleccione el tipo de cojinetes, a menos que exista una buena

razón para especificar un tipo en particular.

- Se debe exigir motores con alta eficiencia si este va a ser utilizado para uso continuo.

- Especificar motores cuyo factor de servicio sea de utilidad solo de manera temporal.

- Exigir las pruebas de rutina por parte del fabricante (Ver anexo 4).



112 IEEE Standard Test Procedures for Polyphase Induction

Motors and Generators

303 IEEE Recommended Practice for Auxiliary Devices for

Motors in Class I, Groups A,B,C and D, Division 2 Locations

841 Severe Duty Totally Enclosed Fan-Cooled (TEFC) Squirrel

Cage Induction Motors - Up to and Including 370KW

(500Hp)


MG 1 Motors and Generators

MG 2 Safety Standard and Guide for Selection, Installation, and

Use of Electric Motors and Generators

MG 3 Sound Level Predictions for Installed rotating Electrical

Machines



FONDONORMA 862 Máquinas Eléctricas Rotativas. Valores Nominales y

Características de Funcionamiento.

90

FONDONORMA 3758 Reparación de máquinas Eléctricas Rotativas.

PDVSA (Petróleos de Venezuela S.A.)

PDVSA N-201 Manual de Ingeniería de Diseño Vol.4-I

3.6. CONTENIDO TIPICO DE UNA ESPECIFICACIÓN

Tabla 3.11. Contenido Típico de una Especificación

Especificación para Motor



• Requerimientos técnicos

- Capacidad Nominal

- Tipo de Arranque

- Tipo de cerramiento (TEWAC,

ODP, etc)

- Caract. constructivas del rotor

- Caract. constructivas del eje

- Nivel de aislamiento para el estator

- Caja de bornes

- Sensores de vibración

- Accesorios (ej: cojinetes,

calentadores, etc.)

- Protecciones (ej: relés de

sobrecorriente, de rotor bloqueado,

térmico, falla a tierra, pérdida de

secuencia de fase, etc.)

• Inspección y prueba

• Garantía

• Embalaje y transporte

• Anexos

- Hoja de datos

- Diagramas unifilares


Para información sobre el estudio de arranque de motores, se recomienda al lector consultar el

procedimiento C-EL-23P “Estudio de Arranque de Motores”. Este procedimiento comprende las

actividades necesarias para llevar acabo estudios de arranques de motores de un sistema

eléctrico de potencia mediante el uso del programa ETAP.

91



Industriales. 1990.

2. Mott, Robert. Diseño de Elementos de Máquinas. Pearson Education, 2006.

3. Henríquez Harper, Gilberto. El libro Práctico de los Transformadores y los Motores

Eléctricos. Editorial Limusa, 2000.

4. Aller, José Manuel. Máquinas Eléctricas Rotativas. CTE-USB. 2004.

5. NEMA Standard Publication MG 1 “Motors and Generators”. 2006.

6. NEMA Standard Publication MG 2 “Safety Standard and Guide for Selection, Installation,

and Use of Electric Motors and Generators”. 2006.

7. IEEE Standard Publication Nº1 “IEEE Recommended Practice - General Principles for

Temperature Limits in the Rating of Electrical Equipment and for the Evaluation of

Electrical Insulation”.2000.

8. FONDONORMA 200. Código Eléctrico Nacional. Séptima Revisión. 2004.

9. PDVSA N-201. Manual de Ingeniería de diseño “Obras Eléctricas”. 1993.


SIEMENS. Electrical Training Courses. Basics of AC Motors.

http://www.sea.siemens.com/step/pdfs/ac_motors.pdf

Coyle, Timothy. Motor Service Factor. Engineered Systems Magazine, 2000.

http://findarticles.com/p/articles/mi_m0BPR/is_4_17/ai_62370062

Kato-Engineering Report: “Random-Wound Coils, Form-Wound Coils”

http://www.kato-eng.com/fwrw.pdf

92

Capítulo 4

Especificación de Tableros de Distribución

de Baja Tensión

93

CAPITULO 4

ESPECIFICACION DE TABLEROS DE DISTRIBUCION DE BAJA TENSION

TABLA DE CONTENIDO

4.1. OBJETIVO .......................................... .......................................................................... 94

4.2. INTRODUCCION .......................................................................................................... 94

4.3. DEFINICIONES ............................................................................................................. 95

4.4. CRITERIOS GENERALES Y CLASIFICACIONES ............. .......................................... 95

4.4.1. Tipos de Tableros según el CEN ........................................................................... 95

4.4.2. Número de dispositivos contra sobrecorriente ....................................................... 96

4.4.3. Envolvente ............................................................................................................. 96

4.4.4. Barras colectoras ................................................................................................... 97

4.4.5. Barra de neutro...................................................................................................... 98

4.4.6. Puesta a tierra ....................................................................................................... 99

4.4.7. Interruptor principal ................................................................................................ 99

4.4.8. Tensión nominal y servicio .................................................................................. 102

4.4.9. Frecuencia nominal ............................................................................................. 103

4.4.10. Corriente nominal ................................................................................................ 103

4.4.11. Distancias mínimas y tipo de cableado ................................................................ 103

4.5. TIPOS DE TABLEROS SEGUN SU UTILIZACION ............ ........................................ 103

4.5.1. Tablero tipo Residencial (TR) .............................................................................. 104

4.5.2. Tablero tipo “NLAB” ............................................................................................. 104

4.5.3. Tablero tipo “NAB” ............................................................................................... 105

4.5.4. Tablero tipo “NHB” ............................................................................................... 105

4.5.5. Tablero tipo “CCB” ............................................................................................... 106

4.6. RECOMENDACIONES GENERALES ......................... ............................................... 106

4.7. NORMAS APLICABLES.................................. ........................................................... 107

4.8. CONTENIDO TIPICO DE UNA ESPECIFICACION ............ ........................................ 108

4.9. PROCEDIMIENTO Y&V .............................................................................................. 108

4.10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................ ................................................... 109

94

4.1. OBJETIVO

Exponer las características constructivas y funcionales de los tableros de distribución en baja

tensión, incluyendo sus componentes internos: barras, terminales, dispositivos de protección,

entre otros.

4.2. INTRODUCCION

El Código Eléctrico Nacional define un tablero como una sola estructura o grupo de estructuras

diseñadas para su ensamblaje en la forma de una sola, que incluyen barras y dispositivos

automáticos de sobrecorriente, y equipados con o sin interruptores para el control de la luz, del

calor, o los circuitos de fuerza. Diseñados para ser ubicados dentro de un gabinete o caja con

puerta empotrada o contra un muro, tabique o algún otro soporte. Solamente accesible desde el

frente.

Figura 4.1. Tablero eléctrico (http://ecatalog.squared.com)

En el presente capítulo se enumeran las características generales que deben llenar las

especificaciones de los tableros eléctricos, a fin de cumplir tanto con las distintas exigencias a

las que son sometidos, como a las distintas normas aplicables.

95

4.3. DEFINICIONES

- Tablero: Ensamblaje de uno o varios paneles que incluyen principalmente barras y

dispositivos de protección contra sobrecorriente, todo contenido en un cerramiento y

ubicado en la pared.

- Polo: Fase de alimentación.

- Acometida: Parte de la instalación eléctrica donde se une la red de distribución de la

compañía de electricidad con el dispositivo principal de protección del particular.

- Circuito ramal: Circuitos que van desde las salidas de utilización (alumbrado,

tomacorriente, etc.) hasta las protecciones de sobrecorriente finales en el tablero.

4.4. CRITERIOS GENERALES Y CLASIFICACIONES

4.4.1. Tipos de Tableros según el CEN

El Código Eléctrico Nacional, en su sección 408.34 divide a los tableros en dos categorías:

• Tablero para alumbrado y artefactos (designación FO NDONORMA: TA)

Es un tablero eléctrico que tiene más del 10% de sus dispositivos contra sobrecorriente

instalados con valores nominales de 15, 20 o 30A y para los cuales se han previsto conexiones

al neutro. Para estos tableros, el Código Eléctrico Nacional (artículo 408.16) indica que deben

contar con una protección, denominada principal, del lado de la alimentación. La capacidad

nominal del dispositivo de protección no deberá ser mayor que la capacidad nominal del tablero.

Excepciones:

- Que la protección contra sobrecorriente del alimentador que va hacia el tablero sea de

un valor nominal menor que el del tablero.

- Que el tablero este ubicado en una instalación residencial.

96

En los casos en los que existe interruptor principal, éste puede estar incluido dentro del propio

tablero, o en forma remota.

• Tablero de ramales de fuerza (designación FONDONORM A: TD)

Comúnmente llamado tablero de distribución, es un tablero eléctrico que tiene menos del 10%

de sus dispositivos contra sobrecorriente protegiendo circuitos de alumbrado o artefactos

(corrientes nominales iguales o inferiores a los 30A). Por otra parte, si en el tablero no se

realizan conexiones al neutro, también se considera tablero de distribución, sin importar la

cantidad de dispositivos inferiores a 30A.

Según el Código, cualquier tablero que no sea clasificado como tablero para alumbrado y

artefactos, es un tablero de fuerza. Y éstos, al igual que los tableros de alumbrado, deberán

estar protegidos por un dispositivo de sobrecorriente cuya capacidad nominal no sea mayor a la

del tablero y que puede estar ubicado dentro del panel o en cualquier otro punto del lado de la

alimentación.

4.4.2. Número de dispositivos contra sobrecorriente

En la sección 408.15 del CEN, se especifica una cantidad máxima para los tableros equivalente

a 42 dispositivos contra sobrecorriente además de los del alimentador. Además de esto, el

tablero debe contener elementos físicos que prohíban la instalación de dispositivos adicionales.

Interruptores de dos y tres polos, son considerados como dos y tres dispositivos contra

sobrecorriente respectivamente.

4.4.3. Envolvente

Constituye la caja o el gabinete construido para proporcionar un grado de protección a personas

contra el contacto accidental con el equipo encerrado, así mismo para proporcionar un grado de

protección al equipo contra ciertas condiciones ambientales. El CEN indica en la sección 408.30

indica que las envolventes deben ser de material no combustible y resistente a la humedad.

En el capítulo “Centros de Control de Motores” se describió la clasificación NEMA para los

encerramientos en metal. Se recomienda revisar dicho capítulo, o en su defecto, la norma

NEMA 250 “Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts Maximum)”.

97

Figura 4.2. Vista de la envolvente de un tablero eléctrico (http://sea.siemens.com)

4.4.4. Barras colectoras

Las barras colectoras son conductores (de aluminio o cobre) que sirven como conexión común

para dos o más circuitos. Son representadas esquemáticamente por una línea recta con un

número determinado de conexiones hechas a la misma.

Figura 4.3. Representación gráfica de las barras y conexiones en un tablero

El CEN, en su artículo 408.31 establece que las barras colectoras deberán ser aisladas o

desnudas, y estar rígidamente montadas en la estructura.

NEMA, en su norma PB1 ”Panelboards”, ha establecido que las barras vinculadas a las fases

estén en una secuencia determinada, de forma que un instalador encuentre la misma

disposición en cualquier tablero. Un tablero puede no seguir con esta normativa, pero debe

contener una clara señalización del arreglo. Un tablero sin señalización está por defecto

arreglado de acuerdo a lo recomendado por NEMA.

98

Figura 4.4. Señalización NEMA para las barras (http://www.sea.siemens.com)

La misma norma, en la sección 2.10, establece valores nominales de corriente para las barras

principales:

Tabla 4.1. Valores nominales de corriente para las barras principales (NEMA PB1, 2006)

Corriente (A)

30 225

40 250

50 300

60 400

70 450

80 500

90 600

100 800

110 1000

125 1200

150 1600

175 -

200 -

4.4.5. Barra de neutro

La barra de neutro en el tablero es opcional, su inclusión depende del tipo de servicio que se

decida utilizar. FONDONORMA, en la sección 6.6 de la norma 542 “Tableros eléctricos para

alumbrado y artefactos y distribución hasta 600V, 1600A y de máximo 42 circuitos ramales con

interruptores automáticos en caja moldeada”, indica que la corriente nominal de la barra de

neutro no deberá ser menor que la de las barras principales, salvo algunas excepciones.

99

4.4.6. Puesta a tierra

Cuando se coloca a tierra un tablero, es importante que ésta conexión se realice en la llegada

de la alimentación y nunca en algún equipo aguas abajo, ya que bajo condición normal de

operación la corriente podría tomar caminos paralelos de retorno, lo cual resulta en la mayoría

de los casos peligroso. Se recomienda, además, revisar el artículo 408.20 del CEN, ya que en

ciertos casos, se deberá atornillar una regleta a la carcaza para recibir los cables de tierra.

FONDONORMA, a su vez, establece que los tableros que serán utilizados como acometidas de

servicio, deben tener adicionalmente una barra de tierra atornillada a la carcaza para mejor

fijación. A la misma se conectará el conductor de tierra, el cual vinculará al tablero con la tierra

del sistema.

Para los tableros de alumbrado, el conductor de tierra debe ser conectado directamente a la

barra de neutro, motivo por el cual se debe prever una conexión entre dicha barra y la carcaza.

Cuando se trata de tableros de distribución, la conexión entre la barra de neutro y la de tierra se

realiza en el tablero principal, y ésta podrá ser, bien a través de conductores o simplemente

atornilladas. Los tableros secundarios cuentan con barras de neutro aisladas de la barra de

tierra (con el objetivo de no perder la referencia), la cual debe recibir al conductor de tierra

proveniente del tablero principal aguas arriba, y finalmente conectarse a la carcaza.

4.4.7. Interruptor principal

Cuando el tablero cuenta con un interruptor principal ubicado dentro del mismo, los cables de

entrada están conectados directamente al dispositivo electromecánico, que al cerrar permite la

alimentación de los circuitos ramales. Cuando los interruptores son de gran capacidad, están

atornillados a las barras principales mediante barras de conexión, lo cual implica la no

existencia de cableado desde el aparato hacia los terminales de barras.

Existen otras modalidades de entrada al tablero, como por ejemplo la utilización de un

seccionador con fusible. Sin embargo, FONDONORMA (sección 6.8 de la norma 542) establece

lo siguiente: “Tanto la alimentación del tablero como las salidas, deben ser provistas para

utilizar exclusivamente interruptores automáticos en caja moldeada del tipo atornillado, como

protección contra sobrecorriente”.

100

Como se mencionó anteriormente, se pueden instalar tableros sin la utilización del interruptor

principal, modalidad en la cual existen terminales (lugs, pernos) para la conexión de la

alimentación. Sin embargo, se debe tener en cuenta que el Código Eléctrico Nacional, en la

secciones 230.71(A) y 230.71(B), entre otros aspectos establece que se pueden utilizar

unidades monopolares juntas para formar interruptores de dos y tres polos, teniendo el

agrupamiento un elemento mecánico que permita accionarlos a todos juntos a la vez. Y omitir la

instalación del interruptor principal, únicamente si es posible desconectar toda la carga del

servicio con no más de seis operaciones manuales de apertura de los interruptores de las

cargas, sin importar la cantidad de polos de los mismos (es decir, se pueden desconectar hasta

18 polos bajo esta regla, hasta 3 por cada interruptor).

4.5 (a)

4.5 (b)

Figura 4.5. Llegada al Tablero (a) Tablero con interruptor principal (izquierda) alimentando a tablero sin interruptor

principal (derecha) (b) Vista detallada del tipo de conexión (http://www.sea.siemens.com)

101

Figura 4.6. Regla de las seis desconexiones (six disconnect rule)

Se debe recordar que un interruptor está definido en términos de corriente, por:

• Su corriente nominal: La corriente umbral, a partir de la cual ocurren disparos.

• Su capacidad de interrupción: La corriente más alta que el dispositivo puede interrumpir

sin que se presente algún tipo de daño.

• Su capacidad de cortocircuito: La máxima corriente que el interruptor puede despejar. Es

probable que ocurran daños irreparables al dispositivo.

Por lo general, los interruptores presentan como datos de fábrica únicamente la corriente

nominal y la capacidad de interrupción. NEMA, por su parte, establece valores normalizados

para los interruptores principales utilizados en tableros, los cuales se pueden apreciar en la

siguiente tabla:

102

Tabla 4.2. Valores nominales para interruptores (NEMA PB1, 2006)

Valores normalizados por NEMA

Corriente nominal (A) Capacidad de interrupción (KA)

30 225 5 85

40 250 7,5 100

50 300 10 125

60 400 14 150

70 450 18 200

80 500 20 -

90 600 22 -

100 800 25 -

110 1000 30 -

125 1200 35 -

150 1600 42 -

175 - 50 -

200 - 65 -

4.4.8. Tensión nominal y servicio

Según FONDONORMA, la tensión nominal de un tablero no debe ser mayor de 600V, ni

sobrepasar la tensión de cualquiera de los componentes que están conectados al circuito de

alimentación principal. En general todos los tableros deben ser diseñados para uno o varios de

los sistemas de servicio que se presentan en la siguiente tabla, tomada de NEMA PB1 (tabla a

la cual FONDONORMA 542 también hace referencia):

Tabla 4.3. Valores nominales de tensión normalizados por NEMA (NEMA PB1, 2006)

Sistema de servicio Tensión nominal en voltios

Número de fases Número de hilos Corriente alterna Corriente continua

1 2 120,240,277 125,250

1 3 120/240 125/250

3 (derivado de un

sistema 3F, 4H)

3 208Y/120,

480Y/277

-

3 3 120,240,480,600 -

3

4 (delta con el neutro

en el centro de una

fase)

240/120

-

3

4 (estrella Y con

neutro)

208Y/120, 480Y/277,

600Y/347

-

103

4.4.9. Frecuencia nominal

La frecuencia de un tablero de corriente alterna debe ser 50 ó 60 ciclos por segundo. Si un

tablero es apto para ser utilizado en corriente continua, esta condición debe ser indicada en la

placa de identificación. Sobre aplicaciones en redes de otras frecuencias se recomienda

consultar al fabricante.

4.4.10. Corriente nominal

La corriente nominal de un tablero no debe ser mayor que la capacidad de corriente de sus

barras principales o la corriente nominal de disparo de su interruptor automático principal.

Según FONDONORMA 542, si un tablero no tiene interruptor automático principal, su

clasificación corresponde a la capacidad nominal de sus barras o de su interruptor no-

automático principal. Por otra parte, la capacidad de cortocircuito del tablero no debe ser mayor

que la capacidad de cortocircuito de cualquiera de sus componentes.

Tabla 4.4. Valores nominales de corriente para tableros según FONDONORMA (comparar con tabla 4.1)

Corriente (A)

60 600

125 800

250 1.000

400 1.200

500 1.600

Nota: Se permite, mas no se recomienda, usar valores intermedios entre 30A y 450A.

4.4.11. Distancias mínimas y tipo de cableado

Se recomienda consultar FONDONORMA 542-99, tablas 2, 4, 5, 6, 7 y 8.

4.5. TIPOS DE TABLEROS SEGUN SU UTILIZACION (Alves y Rollingson, 1990)

Los tableros TD (conocidos comúnmente como NAB, NHB y CCB) son tableros de distribución a

nivel industrial para alimentar subtableros. Los tableros TA (dentro de los cuales se encuentra el

frecuentemente usado tablero NLAB) son empleados principalmente para alumbrado,

104

tomacorrientes y cargas similares. Los tableros residenciales, forman parte de los TA pero son

utilizados para cargas finales en viviendas.

4.5.1. Tablero tipo Residencial (TR)

Es utilizado para la protección y corte de circuitos en viviendas.

Características eléctricas:

• Barras principales: 125A máx.

• Interruptores ramales: 15 -100 A

• Tensión de operación: 120 / 240V máx. (60Hz)

• Fases / Hilos: 1F-2H, 1F-3H, 2F-3H.

• Montaje: Superficial o empotrado.

• Número de circuitos: Desde 2 hasta 12.

• Barras: Desnudas o aisladas, estañadas o plateadas.

• Capacidad de interrupción máxima: 10KA RMS en 240V.

4.5.2. Tablero tipo “NLAB”

Este tablero es utilizado generalmente para la protección y corte de circuitos de iluminación,

tomacorrientes y cargas menores tales como: pequeños equipos de aire acondicionado,

máquinas de oficinas y otros.



• Interruptor principal: con o sin (400A máx)

• Tensión de trabajo: 240 / 120V 60Hz.

• Servicio: 2F-3H, 2F-4H, 3F-4H, 3F-5H.

• Montaje: Superficial o empotrado, a la intemperie o a prueba de polvo.

• Número de circuitos: desde 6 hasta 42.



105

4.5.3. Tablero tipo “NAB”

Este tablero es utilizado para la protección y corte de circuitos de iluminación y pequeñas

cargas de alimentadores que posteriormente son protegidos por otros dispositivos tales como:

protectores de sobrecarga, seccionadores y otros. Normalmente alimentan circuitos ramales de

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




• Tensión de trabajo: 240 / 120 V máx. 60Hz

• Servicio: 2F-3H, 2F-4H, 3F-3H, 3F-4H, 3F-5H.


• Número de circuitos: de 6 hasta 42.



4.5.4. Tablero tipo “NHB”

Este tablero es utilizado para la protección y corte de circuitos de iluminación y pequeñas

cargas de alimentadores que posteriormente son protegidos por otros dispositivos tales como:

protectores de sobrecarga, seccionadores y otros.

Normalmente alimentan circuitos ramales de alumbrado y máquinas de pequeñas potencias las

cuales poseen en forma integrada su panel de control.




• Tensión de trabajo: 480 / 277, 600V 60Hz

• Tensión de aislamiento: 600V 60Hz

• Servicio: 2F-3H, 2F-4H, 3F-3H, 3F-4H, 3F-5H.


106

• Número de circuitos: De 6 a 42.


• Capacidad de interrupción máxima: 25KA RMS en 480V y 18KA RMS en 600V.

4.5.5. Tablero tipo “CCB”

Este tablero es utilizado para la protección y corte de circuitos alimentadores ramales

alimentadores de fuerza y distribución.


• Barras principales con interruptor principal: 1200A.

• Barras principales sin interruptor principal: 2000A.

• Tensión de trabajo: 600V 60Hz

• Tensión de aislamiento: 600V mín.

• Servicio: 3F-3H, 3F-4H, 3F-5H.

• Construcción: Caja o Celda.

• Montaje: Superficial o embutido, a la intemperie o a prueba de polvo.

• Número de circuitos: Según requerimiento, con disposición de los elementos de

distribución en forma horizontal.

• Barras: Desnudas o aisladas, estañadas, plateadas o pintadas.

• Capacidad de interrupción máxima: 200KA RMS 480 / 600V.

4.6. RECOMENDACIONES GENERALES

a. En un tablero de alumbrado y artefactos, no deben haber más de 42 dispositivos de

sobrecorriente. CEN 408.

b. Ningún circuito ramal de un tablero debe tener una longitud mayor de 30m hasta la

primera salida del circuito.

c. Todos los tableros deben ser fácilmente accesibles.

d. Los tableros deben colocarse lo más cerca posible de los centros de carga que manejan.

107

e. Las ubicaciones de los tableros se deben seleccionar para estar más aproximado

posible al recorrido de las líneas de alimentación, para asegurar a su vez que estas sean

lo más cortas posible, y que tengan un número mínimo de dobleces.

f. Las fases en los tableros deben estar lo más equilibradas posible.

g. Se recomienda disponer de un circuito de reserva por cada cinco circuitos activos o en

general entre el 20 y el 30%. Los espacios o interruptores de reserva deben ser

colocados en la parte inferior de los tableros.



ANSI/UL 67 Panelboards

NEMA (National Electrical Manufacturers Association)

PB 1 Panelboards



FONDONORMA 542 Tableros Eléctricos para Alumbrado y Artefactos y

de Distribución hasta 600V, 1600A y de máximo 42

circuitos ramales con interruptores automáticos en

caja moldeada

FONDONORMA 2811 Tableros Eléctricos de Media y Baja Tensión.

Documentación Técnica.

108


Tabla 4.5. Contenido típico de una especificación de Tablero

Especificación para Tableros


• Características de diseño

- Mecánico

- Estructural

• Características técnicas

- Tensión de servicio y frecuencia

- Número de fases e hilos

- Capacidad de barras

- Capacidad de interrupción del

interruptor principal.

- Interruptores secundarios

(cantidad, numero de polos y

capacidad de cada uno)

- Barra de neutro (si es necesaria)

- Barra de tierra

- Condiciones de instalación

- Tipo de encerramiento NEMA

- Tipo de tablero (TR, NLAB, etc)

• Pruebas

• Garantía

• Embalaje, transporte y almacenaje

• Anexos

- Hoja de datos

- Tabla de cargas


Para mayor información, asociada al diseño de tableros eléctricos, se recomienda consultar el

procedimiento C-EL-07P “Diseño de Tableros Eléctricos”. Este procedimiento comprende todas

las actividades para el diseño de tableros de distribución elaborados por los ingenieros de la

disciplina Electricidad, comprende desde la recopilación de información básica y datos

requeridos para el cálculo hasta la impresión de los resultados en las hojas electrónicas de

cálculo.

109

4.10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. NEMA Standards Publication PB N°1. Panelboards. 2006.

2. FONDONORMA 542. Tableros Eléctricos para alumbrado y artefactos y de distribución

hasta 600V, 1600A y de máximo 42 circuitos ramales con interruptores automáticos en

caja moldeada. 1999.

3. FONDONORMA 200. Código Eléctrico Nacional. Séptima Revisión, 2004.

4. Empresas Y&V. Procedimiento C-EL-07P “Diseño de tableros Eléctricos”. Segunda

Revisión, 2006.


SCHNEIDER ELECTRIC. Online Catalog.

http://ecatalog.squared.com/fulldetail.cfm?partnumber=NQOD42L225CU

SIEMENS. Electrical training Courses. Basics of Panelboards.

http://www.sea.siemens.com/step/pdfs/panelboards.pdf

110

Capítulo 5

Esquemáticos de Control de Motores

111

CAPITULO 5

ESQUEMATICOS DE CONTROL DE MOTORES

TABLA DE CONTENIDO

5.1. OBJETIVOS.......................................... ...................................................................... 112

5.2. INTRODUCCION ........................................................................................................ 112

5.3. DEFINICIONES ........................................................................................................... 113

5.4. VALORES NORMALIZADOS Y DEFINICIONES NEMA .......... .................................. 114

5.4.1. Tensiones y frecuencia ........................................................................................ 114 5.4.2. Contactos del circuito de potencia ....................................................................... 114 5.4.3. Bobinas ............................................................................................................... 114 5.4.4. Transformador de control .................................................................................... 115 5.4.5. Cableado ............................................................................................................. 115 5.4.6. Relés de sobrecarga (térmicos) ........................................................................... 116 5.4.7. Contactos del circuito de control .......................................................................... 116 5.4.8. Botones, selectores y luces piloto ........................................................................ 117 5.4.9. Regletas de terminales ........................................................................................ 117

5.5. OPERACIÓN DE LOS ESQUEMÁTICOS DE CONTROL .......... ................................ 118

5.5.1. Arranque por resistencias en el estator ............................................................... 118 5.5.2. Arranque directo .................................................................................................. 120 5.5.3. Arranque directo (reversa) ................................................................................... 122 5.5.4. Arranque por autotransformador .......................................................................... 124 5.5.5. Arranque con devanado fraccionado ................................................................... 126 5.5.6. Arranque estrella - delta (transición cerrada) ....................................................... 128 5.5.7. Arranque con resistencias en el rotor .................................................................. 130 5.5.8. Arranque para motores con varias velocidades ................................................... 134 5.5.9. Arranque de estado sólido (electrónico) .............................................................. 136

5.6. ARRANQUE MEDIANTE LA UTILIZACION DE PLC'S ......... ..................................... 140

5.7. NORMAS APLICABLES.................................. ........................................................... 142

5.8. CONTENIDO DE UNA ESPECIFICACION ................... .............................................. 142

5.9. PROCEDIMIENTO Y&V .............................................................................................. 143

5.10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................ ................................................... 143

112

5.1. OBJETIVOS

• Conocer los elementos más importantes del circuito de arranque para un motor y las

normas aplicadas.

• Exponer la secuencia de funcionamiento de los esquemáticos asociados a los

arrancadores más utilizados en la industria.

5.2. INTRODUCCION

Un esquemático de control es simplemente un dibujo que, usando símbolos y líneas, muestra

cómo están conectados entre sí los elementos de un circuito, en este caso de un arrancador de

motor. No necesariamente tiene que indicar donde están ubicados todos los elementos, ni

tampoco con las conexiones entre equipos, ya que para eso existen diagramas de cableado

para cada esquemático (Ver anexo 7).

Dentro de los diagramas utilizados en los esquemáticos de control, los más utilizados son los

llamados diagramas de escalera. Estos consisten en una serie de símbolos interconectados por

medio de líneas, para indicar los caminos de corriente que aparecerán desde el momento que

se energizan los circuitos que lo conforman.

Este tipo de diagrama indica en un tiempo relativamente corto, una serie de informaciones que

se relacionan y que podría tomar muchas palabras para su explicación. Muestra la interacción

entre dos circuitos (Henríquez Harper, 2002):

- El circuito de alimentación al motor, que se muestra por lo general con líneas gruesas.

Comúnmente se le denomina diagrama escalera de potencia a esta sección del

esquemático.

- El circuito de control, con una línea más delgada, es comúnmente llamado diagrama

escalera de control.

El diagrama tipo escalera (también llamado diagrama de línea) está orientado a mostrar la parte

de los circuitos que es necesaria para la operación del arrancador. Se le llama escalera porque

de alguna manera parecen una escalera, iniciándose en la parte superior y elaborándose hacia

113

abajo. Es necesario insistir en que el diagrama no es diseñado para mostrar la ubicación

específica de las componentes.

Los esquemáticos que serán detallados más adelante, contendrán la simbología establecida por

NEMA, específicamente en su norma ICS 19 “Diagrams, Device designations, and Symbols”.

Figura 5.1. Simbología utilizada en los esquemáticos de control

5.3. DEFINICIONES

- Esquemático de Control: también llamado funcional, diagrama que muestra la conexión de

los equipos (potencia y control) para el arranque de un motor.

- Diagrama escalera: Forma de dibujo del cableado en un esquemático con gran parecido a

una escalera.

- Circuito de potencia: Circuito trifásico que va desde las barras principales hacia el motor, a

la tensión de alimentación.

- Circuito de control: Circuito monofásico compuesto por dispositivos especiales para el

control, alimentados por la tensión de línea proveniente de dos fases del circuito de

potencia, y por intermedio de un transformador reductor.

114

- Transformador de control: Transformador reductor utilizado en el circuito de control, de

una potencia necesaria para alimentar los dispositivos presentes.

5.4. VALORES NORMALIZADOS Y DEFINICIONES NEMA

5.4.1. Tensiones y frecuencia

La norma NEMA ICS 1 “General Requirements” indica que las tensiones de operación de los

circuitos de control industrial deben ser alguno o algunos de los siguientes valores: 115, 200,

230, 460, 575, 800, 1.000, 2.300, 4.000, 4.600 y 6.600V en el caso trifásico para 60Hz; mientras

115 y 230V monofásicos para 60Hz.

Los diagramas en escalera, y los circuitos de control como tal operan normalmente en 115 o

230V.

5.4.2. Contactores del circuito de potencia

NEMA, en su norma ICS 2 “Contactors and Overload Relays Over 600 Volts”, establece unos

valores máximos de corriente y potencia (en HP) correspondientes a los contactores utilizados

en el circuito de fuerza, de acuerdo al tipo de arranque que se desee emplear. En el capítulo

“Centros de Control de Motores” se presentó una tabla con los tamaños estandarizados y

clasificados por número. Se debe recordar que aquella tabla representa únicamente el caso de

arrancadores directos. En el anexo 9 se puede encontrar, además del mencionado arrancador

directo, el correspondiente al arrancador estrella - delta.

Según la misma norma, los contactores deben cerrar sin problemas trabajando hasta el 85% de

su tensión nominal.

5.4.3. Bobinas

Con respecto a las bobinas de los contactores, la siguiente tabla muestra los valores nominales

de tensión de operación permitidos para 60Hz:

115

Tabla 5.1. Niveles de tensión para bobinas de control y relés temporizados (NEMA ICS2, 2000)

Niveles de tensión (V)

6

12

24

48

115 ó 120*

200 ó 208*

230 ó 240*

265 ó 277*

460 ó 480*

575 ó 600*

* Una bobina puede ser especificada para ambos niveles de tensión.

La norma ICS 2 indica con respecto a las bobinas, que deben operar sin daño alguno con una

tensión de hasta el 110% de su nominal.

5.4.4. Transformador de control

Si el motor es de un nivel de tensión nominal superior a la tensión de control, se necesitará

reducirlo mediante el uso de un transformador de control (CPT - Control Power Transformer), el

cual es diseñado para conectarse entre dos fases de alimentación.

La norma NEMA ICS 2 indica que los transformadores de potencial deben ser especificados de

tal forma que la tensión nominal del devanado de alta tensión debe ser igual a la tensión

nominal del sistema, mientras que la tensión nominal del devanado de baja tensión debe ser

igual a la tensión nominal del arrancador. Otras consideraciones pueden ser encontradas en la

parte 1 de ICS 2. Existen diversas formas de seleccionar la capacidad de estos

transformadores. Particularmente los fabricantes ofrecen a sus compradores métodos sencillos

aunque aplicables sólo a sus productos. Se recomienda al lector revisar el anexo 11.

5.4.5. Cableado

El tamaño del cable del circuito de control se encuentra normalizado también por la misma

norma, como se puede apreciar en la siguiente tabla:

116

Tabla 5.2. Calibre de los conductores para circuitos de control recomendados por NEMA (NEMA ICS2, 2000)

Tamaño del arrancador Aislamiento 60°C Aislamiento 75°C

00 14 14

0 14 - 10 14 - 10

1 14 - 8 14 - 8

2 10 - 4 10 - 6

3 8 - 1/0 8 - 1/0

4 4 - 3/0

5 2/0 AWG - 500 kcmil

6 Dos 2/0 AWG - 500 kcmil

7 Tres 2/0 AWG - 500 kcmil

8

9

Nota: Para el tamaño 5 en adelante, se permiten combinaciones de conductores en paralelo.

5.4.6. Relés de sobrecarga (térmicos)

La norma NEMA ICS 2 en su parte 4, divide los relés térmicos en dos categorías: los relés

térmicos de tiempo inverso y los relés térmicos instantáneos. En el caso de los primeros, son

agrupados en tres clases designadas por los números 10, 20 y 30; los cuales indican la

cantidad de tiempo en segundos que tarda el relé en actuar si llega a detectar una sobrecarga

del 600% con respecto a la corriente nominal (supuesta balanceada en las tres fases). Así pues,

un clase 10 opera en 10 segundos o menos, un clase 20 en 20 segundos o menos, y un clase

30 en 30 segundos o menos.

5.4.7. Contactos del circuito de control

La norma NEMA ICS 5 “Control-Circuit and Pilot Devices” establece en primer lugar una

designación con letra y número (relacionados con la capacidad térmica en régimen normal; y

tensión máxima de diseño respectivamente), luego unos valores máximos de potencia y

corriente al cerrar (make) y abrir (break), para varios niveles de tensión hasta 600V, como se

puede apreciar en la siguiente tabla:

117

Tabla 5.3. Valores nominales para los contactos de control (NEMA ICS5, 2000)

Diseño

Corriente máxima en amperios

Voltamperios 120V 240V 480V 600V

Make Break Make Break Make Break Make Break Make Break

A150 60 6 - - - - - - 7.200 720

A300 60 6 30 3 - - - - 7.200 720

A600 60 6 30 3 15 1,5 12 1,2 7.200 720

B150 30 3 - - - - - - 3.600 360

B300 30 3 15 1,5 - - - - 3.600 360

B600 30 3 15 1,5 7,5 0,75 6 0,6 3.600 360

C150 15 1,5 - - - - - - 1.800 180

C300 15 1,5 7,5 0,75 - - - - 1.800 180

C600 15 1,5 7,5 0,75 3,75 0,375 3 0,3 1.800 180

D150 3,60 0,6 - - - - - - 432 72

D300 3,60 0,6 1,8 0,3 - - - - 432 72

E150 1,80 0,3 - - - - - - 216 36

Nota: Los valores de corriente tipo Make son valores máximos de una corriente que debe ser de corta duración (30

milisegundos o menos) bajo condiciones específicas de operación (por ejemplo bajo falla) y el contacto deberá ser

diseñado para cerrar sin problemas.

5.4.8. Botones, selectores y luces piloto

NEMA define dos tipos de aplicaciones para los botones y selectores: de trabajo estándar y de

trabajo pesado. Indica además (en ICS 5 parte 5) que el diseño de los contactos de dichos

dispositivos deberán ser de diseños B600, B300 y B150 para trabajo estándar; y A600, A300 y

A150 para trabajo pesado.

En cuanto a las luces piloto, los valores nominales son 120 y 240V para trabajo estándar, y 6,

12, 24, 120, 240, 480 y 600V para trabajo pesado.

5.4.9. Regletas de terminales

Se recomienda revisar la norma NEMA ICS 4 “Terminal blocks” para todo lo relacionado con

regletas de terminales: material, medios de conexión, distancias mínimas, etc.

118

5.5. OPERACIÓN DE LOS ESQUEMÁTICOS DE CONTROL (Imág enes editadas tomadas

de Westinghouse Catalog, 1980)

A continuación se presenta un análisis detallado de la operación de los circuitos de control para

los diversos tipos de arrancadores de motores indicando en primer lugar el estado normal de los

dispositivos (primera gráfica) antes de ser energizado el circuito de control. Luego se describen

de manera secuencial las acciones que realizan dichos dispositivos (gráficas subsiguientes)

hasta llegar al estado final de funcionamiento con el motor trabajando en régimen permanente.

Cada tipo de arranque es descrito por etapas, siendo el esquemático correspondiente a la

primera etapa de cada tipo de arranque, el que se entrega al fabricante o personal encargado

según fuese el caso, para realizar las conexiones. Las etapas posteriores solo sirven a modo de

ilustración al lector, para seguir la secuencia de hechos, debido a que hacerlo de forma mental

puede resultar en ocasiones complicado.

5.5.1. Arranque por resistencias en el estator

• Primera etapa

Antes de energizar el circuito de control, los contactores S, Sa, Sb, TR, M, Ma y Mc se

encuentran abiertos, mientras que los contactos Sx, Mx, Mb y OL se encuentran cerrados, al

igual que el pulsador de parada. Con Sx y Mx normalmente cerrados, la luz piloto indica que el

circuito de fuerza está desenergizado (verde).

119

Figura 5.2. Primera etapa de Arranque por Resistencias Estatóricas. Estado normal de los circuitos de fuerza y

control antes de presionar el botón de inicio

• Segunda etapa

Se energiza el motor a través de las resistencias, ya que se alimenta la bobina S accionando el

pulsador de inicio. Cierran los contactos S y los contactos auxiliares Sa, y Sb, permitiendo éstos

últimos mantener la continuidad para el momento en el cual el pulsador de arranque vuelva a su

posición normal. Al cerrar también Sc y abrir Sx la luz piloto es ahora roja, indicando que el

motor es energizado.

Figura 5.3. Segunda etapa de Arranque por Resistencias Estatóricas. Condición de operación luego de soltar el

botón de inicio y antes de que el relé temporizado cierre los contactos TR

120

• Tercera etapa

Luego de que transcurre el tiempo programado para el relé temporizado TR, sus contactos

cierran, estableciendo un nuevo camino de corriente, a través de la bobina M. Esta

instantáneamente ejecuta el cierre de sus contactos en la línea con lo cual se cortocircuitan las

resistencias. Ejecuta además el cierre de Ma y Mx, así como la apertura de Mb, con lo cual las

bobinas S y TR quedan desenergizadas (motor alimentado a plena tensión), quedando el

circuito como se muestra en la fig. 5.4. Al momento de ocurrir una sobrecarga, si esta es

detectada por OL, se desenergiza la bobina M, abriéndose los contactos en la línea.

Figura 5.4. Tercera etapa de Arranque por Resistencias Estatóricas. Condición final de operación luego de que son

cerrados los contactos Ma, y abiertos los contactos Mb

5.5.2. Arranque directo

• Primera etapa

A la espera que se accione el pulsador de inicio, se encuentran cerrados tanto el pulsador de

parada como los contactos Mx y los del relé térmico OL. Abiertos, se encuentran los contactores

M y Ma.

121

Figura 5.5. Primera etapa de Arranque Directo. Estado normal de los circuitos de fuerza y control antes de presionar

el botón de inicio

• Segunda etapa

Al presionar el botón de inicio, la bobina M queda energizada. Con esto se cierran sus contactos

principales en la línea, quedando alimentado el motor. Por otra parte, se cierran y abren los

contactos auxiliares Ma y Mx respectivamente, con lo cual la luz roja enciende indicando que el

motor está siendo energizado (fig.5.6).

En caso de que se requiera detener el motor, se pulsa el botón de parada. Así se corta la

alimentación a la bobina M, y a su vez al motor, ya que se abren los contactos de M en la línea.

La luz verde volverá a encenderse.

Figura 5.6. Segunda etapa de Arranque Directo. Condición de operación final, al soltar el botón de inicio.

122

5.5.3. Arranque directo (reversa)

• Primera etapa

Antes de presionar alguno de los botones FWD (marcha hacia adelante) o REV (marcha hacia

atrás), el estado normal del circuito desenergizado es el mostrado en la fig. 5.7, con los

contactores F y R en la línea abiertos, así como los auxiliares Fa y Ra en el circuito de control.

Por otra parte, los contactos auxiliares Fb y Rb se encuentran en estado normalmente cerrados

al igual que los Fx y Rx, con lo cual la luz indica que el circuito está desenergizado.

Figura 5.7. Primera etapa de Arranque Directo (reversa). Condición inicial de operación antes de pulsar alguno de los

botones de inicio FWD o REV

• Segunda etapa

En caso de ser accionado el pulsador FWD o REV, el motor girará en un sentido o en otro, la

circulación de corriente por los circuitos de fuerza y de control quedará dispuesta como se

muestra en la fig. 8 y la fig. 9 respectivamente.

123

5.8 (a)

5.8 (b)

Figura 5.8. Segunda etapa de Arranque Directo (reversa). (a) Condición final de operación luego de soltar el botón

FWD (b) Condición final de operación luego de soltar el botón REV.

Es importante destacar que en el momento en que se energiza la bobina F por ejemplo, la

apertura del contacto auxiliar Fb sirve de enclavamiento para evitar un energizado accidental de

la bobina R y viceversa. Si se desea invertir el sentido de giro, se debe primero detener el motor

mediante el botón de parada.

124

5.5.4. Arranque por autotransformador

• Primera etapa

Como se aprecia en la siguiente figura, los contactores B, Ba, M, Ma, H, Ha, así como del

pulsador de inicio, se encuentran normalmente abiertos. Por su parte los contactos Bb, Hb, Mx,

Hx, TR y OL, así como el pulsador de parada, se encuentran en estado normalmente cerrado.

Figura 5.9. Primera etapa de Arranque por Autotransformador. Estado normal de los circuitos de fuerza y control

antes de presionar el botón de inicio

• Segunda etapa

Al pulsar el botón de inicio, se energiza la bobina B. En la línea, se realiza la conexión en delta

abierta (cierre de B), mientras que en el circuito de control, la conducción es a través del botón

de inicio y luego a través de los contactos Ma, en el momento que la bobina M es energizada.

En la línea, se tiene alimentación al motor con la toma predeterminada por el operador gracias

al cierre de M.

Cuando la corriente pasa por la bobina TR, comienza el conteo programado al relé temporizado,

y luego de que éste transcurra, se abrirán sus contactos.

125

Figura 5.10. Segunda etapa de Arranque por Autotransformador. Condición de operación luego de soltar el botón de

inicio, luego del cierre de Ma, y antes de que el relé temporizado abra los contactos TR.

• Tercera etapa

Luego del conteo, al abrir los contactos TR se desenergiza la bobina B, con lo cual, abre B en la

línea mientras en el control abren y cierran Ba y Bb respectivamente. Con esto, por un pequeño

instante de tiempo se tiene conectado el autotransformador como un reactor en serie con el

motor. Entonces aparece un nuevo camino de corriente a partir de la apertura de TR: A través

de la bobina H. Al circular la corriente a través de ella, se cierran los contactos H y Ha, a la vez

que se abren los contactos Hb. El motor queda alimentado a plena tensión.

Figura 5.11. Tercera etapa de Arranque por Autotransformador. Condición final de operación, luego de que son

abiertos los contactos Hb.

126

5.5.5. Arranque con devanado fraccionado

• Primera etapa

Antes de pulsar el botón de inicio, se encuentran abiertos todos los contactos excepto los

pertenecientes a los relés térmicos 1OL y 2OL, 1Mx y el pulsador de parada.

Figura 5.12. Primera etapa de Arranque con Devanado Fraccionado. Disposición de los circuitos de fuerza y control

antes de presionar el botón de inicio

• Segunda etapa

Al momento de energizar el circuito de control, circula corriente a través de la bobina 1M,

cerrando ésta los contactos en la línea, con lo cual se alimenta el motor a través de la primera

terna de devanados. Asimismo, en el control se cierran los contactos auxiliares 1Ma,

asegurando la continuidad para cuando el pulsador de inicio vuelva a su posición normal. De

igual forma se alimenta la bobina del relé temporizado TR. Se abre 1Mx, con lo cual enciende la

luz piloto roja, indicando que el motor está siendo energizado.

127

Figura 5.13. Segunda etapa de Arranque con Devanado Fraccionado. Condición de operación luego de soltar el

botón de inicio, y antes de que el relé temporizado cierre sus contactos

• Tercera etapa

La acción del relé temporizado sobre los contactos TR luego del conteo produce la alimentación

de la bobina 2M y el cierre de sus contactos en la línea, produciéndose así la incorporación en

paralelo de la segunda terna de devanados.

Cualquier sobrecalentamiento de alguna las dos ternas de cables que conforman este método

de arranque será detectado por los relés 1OL y 2OL, uno para cada terna, ocasionando el cese

total de la alimentación al abrir sus contactos normalmente cerrados.

Figura 5.14. Tercera etapa de Arranque con Devanado Fraccionado. Condición final de operación, luego de que el

relé temporizado cierra los contactos TR.

128

5.5.6. Arranque estrella - delta (transición cerrad a)

• Primera etapa

De entrada, se encuentran abiertos los contactores 1S, 1Sa, 1Sb, 2S, 2Sa, TR, 1M, 1Ma, 1Mb,

2M y 2Ma, así como el pulsador de inicio. Cerrados están los contactores 1Sc, 1Mx, 2Sb, 2Mb,

TRP y OL, así como el pulsador de parada.

Figura 5.15. Primera etapa de Arranque Estrella - Delta. Disposición de los circuitos de fuerza y control antes de

presionar el botón de inicio

• Segunda etapa

Al pulsar el botón de inicio, se establece un camino de corriente a través de la bobina 1S, la

cual ordena la apertura de los contactos 1Sc, así como el cierre de los contactos 1S, 1Sa y 1Sb.

En la línea ocurre la formación del punto neutro para la conexión en estrella, mientras que en el

circuito de control se energiza el relé temporizado TR y la bobina 1M, permitiendo ésta la

alimentación del motor (estrella) mediante el cierre de sus contactos principales. Así mismo, se

cierran los contactos 1Ma para un futuro camino de conducción, luego de que transcurra el

tiempo programado al relé.

129

Figura 5.16. Segunda etapa de Arranque Estrella - Delta. Condición de operación luego de soltar el botón de inicio, y

antes de que el relé temporizado cierre sus contactos

• Tercera etapa

Luego de que transcurre el tiempo, los contactos TR se cierran, alimentando la bobina 2S. Ésta

abre los contactos auxiliares 2Sb, cortándose así la alimentación a la bobina 1S, la cual abre

nuevamente los contactos 1Sa y 1Sb. La continuidad se mantiene mediante el simultáneo cierre

de los contactos 2Sa (fig. 5.17). En la línea, el cierre de los contactos 2S y la apertura de los

contactos 1S producen la conexión en delta del motor mediante las resistencias.

Figura 5.17. Tercera etapa de Arranque Estrella - Delta. Condición de operación luego de que el relé temporizado

cierra sus contactos TR y antes de que circule corriente por la bobina 2M (transición cerrada)

130

• Cuarta etapa

La tercera etapa ocurre en un intervalo muy corto de tiempo, ya que al desenergizar 1S,

también se cierran los contactos 1Sc, cortocircuitándose así las resistencias (el motor queda

alimentado y conectado en delta) gracias al energizado de la bobina 2M. En el circuito de

control, la apertura de los contactos 2Mb, y el cierre de los contactos 2Ma establecen la

condición final de operación que se muestra en la fig. 5.18 (al abrir 2Mb, enseguida abren TR y

2Sa).

TRP representa una bobina que abre el circuito de control (al igual que OL por sobrecarga, y el

pulsador de parada por voluntad del operador) cuando el tiempo asociado al duty cycle de las

resistencias de transición es excedido de un valor predeterminado.

Figura 5.18. Cuarta etapa de Arranque Estrella - Delta. Condición final de operación, a partir de la apertura de los

contactos 2Mb y el cierre de los contactos 2Ma

5.5.7. Arranque con resistencias en el rotor

• Primera etapa

Todos los contactos están en estado abierto para el momento en que se pulsa el botón de

inicio, excepto OL, Mx y el pulsador de parada.

131

Figura 5.19. Primera etapa de Arranque por Resistencias Rotóricas. Disposición de los circuitos de fuerza y

control antes de presionar el botón de inicio

• Segunda etapa

Al pulsar el botón de inicio, se energiza la bobina M, permitiendo la alimentación del motor con

el 100% de las resistencias mediante el cierre de los contactos en la línea. Al mismo tiempo se

cierran los contactos auxiliares Ma, Mb y Mc, permitiendo la alimentación del relé temporizado

TR1.

Figura 5.20. Segunda etapa de Arranque por Resistencias Rotóricas. Condición de operación luego de soltar el botón

de inicio

132

• Tercera etapa

Luego del tiempo programado, TR1 cierra sus contactos en la línea, cortocircuitando un tercio

de cada resistencia. Al mismo tiempo, en el circuito de control se cierran los contactos auxiliares

TR1a, con lo cual se alimenta el relé temporizado TR2.

Figura 5.21. Tercera etapa de Arranque por Resistencias Rotóricas. Condición de operación luego de que el relé

temporizado 1TR cierra todos sus contactos

• Cuarta etapa

Luego del tiempo programado para TR2, se cierran los contactos en la línea, cortocircuitando

otro tercio de cada resistencia. Al mismo tiempo, en el circuito de control se cierran los

contactos TR2a, con lo cual se alimenta TR3.

133

Figura 5.22. Cuarta etapa de Arranque por Resistencias Rotóricas. Condición de operación luego de que el relé

temporizado 2TR cierra todos sus contactos

• Quinta etapa

Finalmente, al transcurrir el tiempo programado para TR3, la se cierran los contactos en la

línea, cortocircuitando el resto de la resistencia del rotor. En el momento de una sobrecarga, el

relé térmico abrirá los contactos OL, desenergizando la bobina M y por tanto el motor queda sin

alimentación. De igual forma los contactos en el rotor quedan todos abiertos.

Figura 5.23. Quinta etapa de Arranque por Resistencias Rotóricas. Condición final de operación, luego de que el relé

temporizado 3TR cierra sus contactos

134

5.5.8. Arranque para motores con varias velocidades

Estos motores, si bien no fueron descritos en capítulos anteriores, tienen la particularidad de

que poseen una disposición del devanado o los devanados de tal forma que son capaces de

operar a más de una velocidad. Si el motor posee dos devanados, por ejemplo, cada devanado

trabaja de forma independiente uno del otro, y como poseen un número de polos diferente, en el

momento de ser alimentados, cada uno hará girar al motor a una velocidad en particular.

Si el motor posee un solo devanado, se trata de la llamada conexión Dahlander. El motor es de

un solo devanado trifásico normal, pero conectado interiormente de tal forma que según se

conecten los bornes exteriores a la red, el motor tendrá un número de polos distintos pero

siempre uno el doble del otro.

Figura 5.24. Conexión Dahlander

El esquemático que se mostrará a continuación es el correspondiente a un motor de dos

devanados y dos velocidades (Two Speed Two Winding o 2S2W).

• Primera etapa

De entrada están normalmente cerrados los contactores Sb, Fb, FOL, SOL, Fx y Sx, con lo cual

la luz piloto en verde indica que el circuito está desenergizado. Se puede notar en la fig. 26 que

el arreglo implica un simple arranque directo, sólo que puede ser ejecutado para dos

velocidades de operación diferentes.

135

Figura 5.25. Primera etapa de Arranque 2S2W o TS2W. Condición inicial de operación antes de dar marcha en una

u otra dirección

• Segunda etapa

Pulsando el botón de inicio “FAST” o “SLOW” se alimentará el motor a través de una u otra

terna de terminales: Por ejemplo, si se pulsa “FAST”, se alimenta la bobina F, con lo cual

cierran los contactos en la línea. En el circuito de control, la apertura de Fb impide que se

alimente la otra terna de devanados al pulsar el botón “SLOW”. Asimismo se cierra Fa para

mantener la continuidad, y abre Fx para eliminar la luz verde.

5.26 (a)

136

5.26 (b)

Figura 5.26. Segunda etapa de Arranque 2S2W o TS2W. (a) Condición final de operación, luego de pulsar el botón

“FAST” (b) Condición final de operación, luego de pulsar el botón “SLOW”

5.5.9. Arranque de estado sólido (electrónico)

Los arrancadores electrónicos ofrecen una aceleración fluida, no escalonada, de un motor

desde el estado de reposo hasta la velocidad de operación. Estos comúnmente son del tipo

SCR (Silicon - Controlled Rectifier). Se trata de simples tiristores de potencia, cuyos terminales

son el cátodo, el ánodo y la compuerta. Una pequeña señal de encendido a la compuerta en

combinación con una tensión ánodo-cátodo positiva hace que el dispositivo permita el flujo de

corriente.

En el circuito que se muestra en la fig. 5.27, se puede apreciar la disposición de los tiristores de

SCR para cada fase. En el semiciclo positivo de una onda senoidal, la tensión ánodo-cátodo es

positiva para el tiristor Q1, mientras que en el semiciclo negativo, lo es para Q2.

137

Figura 5.27. Disposición de los SCR (tiristores) para cada fase de alimentación al motor (Straughen y Dewan, 1978)

El objetivo de este arreglo es el de permitir mediante pulsos de corriente a la compuerta cuya

secuencia se programa por el usuario previamente, a través del tablero digital que se presenta

en la fig. 5.30. Con esto se permite la alimentación al motor con una forma de onda parecida a

la que se muestra en la siguiente figura:

Figura 5.28. Forma de onda aplicada al motor (Straughen y Dewan, 1978)

En la unidad programable, entre otras variables, como lo son por ejemplo los valores umbrales

de las protecciones, principalmente se programa el ángulo de disparo (α , en la fig.5.28) con lo

cual se controla la tensión aplicada al motor. Los dispositivos modernos presentan bajo

contenido armónico, usualmente alrededor del 5% en las etapas de subida y bajada, ya que con

este modo de arranque la tensión se aplica en rampa, no en escalón. Al llevar el motor a su

velocidad nominal, la unidad cortocircuita los SCR’s para dejar al motor alimentado a plena

tensión.

138

Figura 5.29. Tablero digital (keypad) para el ingreso de datos, en un arrancador de estado sólido

(http://www.toshiba.com)

La siguiente figura muestra un tablero con regletas de terminales, en 120V, en el cual el usuario

realiza conexiones hacia el microprocesador (elemento que determina las funciones a realizar,

se guarda información, etc), y también hacia el tablero de disparo, en donde se generan los

pulsos de corriente hacia los SCR’s.

139

Figura 5.30. Terminal and Control Board (TCB). Este tablero alberga la mayor parte de las interconexiones en el

arrancador (http://www.toshiba.com)

140

5.6. ARRANQUE MEDIANTE LA UTILIZACION DE CONTROLADO RES LOGICOS

PROGRAMABLES (PLC´s)

Gran cantidad de cableado, equipos de control, de espacio y de precisión del fabricante durante

el cableado es lo que caracteriza al arranque de motores elaborado de la forma presentada

hasta ahora en el presente capítulo. De existir error alguno en el cableado, o algún cambio

solicitado en la operación del circuito, es muchas veces obligatoria la reconexión total.

Si bien su estudio no es un aspecto primordial para el presente manual, es oportuno dedicar

algunas líneas a la tendencia moderna en cuanto a multifuncionalidad, rapidez y ahorro de

espacio físico, entre otras ventajas con respecto a los medios de control y arranque

electromecánicos (a base de cables y contactores): los PLC.

Un controlador lógico programable es un dispositivo que controla una máquina o proceso y

puede considerarse simplemente como una “caja de control” con dos filas de terminales: una

para salida y la otra para la entrada. Los terminales de salida proporcionan comandos para

conectar a dispositivos como válvulas, solenoides, motores, lámparas indicadoras, indicadores

acústicos, entre otros. Los de entrada, reciben señales de realimentación para conexión a

interruptores, sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos, pulsadores e interruptores

manuales, y otros dispositivos de entrada (Hyde, Regué y Cuspinera, 1997).

Figura 5.31. Vista de un PLC (Fuente: www.directindustry.com)

Los elementos básicos de un PLC incluyen: los módulos de entrada y salida antes

mencionados, un CPU y un medio de programación. El CPU evalúa el “status” de las entradas,

salidas y otras variables denominadas auxiliares, a la vez que ejecuta el programa almacenado.

También envía señales para actualizar el estado de las salidas. Normalmente trabaja con

tensión de 120 o 240 VAC, o 24 VDC.

141

El medio de programación (en ocasiones denominado cónsola), simplemente una computadora

personal con un software especializado, es utilizado para introducir nuevos programas,

eliminarlos o para hacer cambios en ellos, así como también modificar el estado de valores

almacenados de variables. Luego de realizada la inclusión, cambio o cualquier otra acción,

programa y variables son almacenadas en el CPU, mediante una conexión USB o de algún otro

tipo.

Los PLC trabajan internamente con variables lógicas, por lo cual admite gran cantidad de

formas distintas de programación, aunque todas conducen a los mismos resultados. Entre ellas

se encuentran:

- Listas de Instrucciones: Están constituidas por dos columnas. La primera, del lado

izquierdo, incluye las operaciones a ser realizadas. La segunda, del lado derecho, el ítem

que deberá operar (www.sea.siemens.com)

- Diagramas de escalera: Por tener estrecho parecido a los diagramas escalera de los

circuitos de cables y contactos, es uno de los métodos más utilizados por los fabricantes.

Existe una línea vertical izquierda que es la que denota la parte energizada. Hacia la derecha

van apareciendo símbolos de contactores, los cuales estarán dispuestos de forma tal que,

combinados con los símbolos de bobinas, lograrán la secuencia correcta de operación. Se

utiliza la convención NA y NC.

- GRAFCET: Representa un método gráfico para la elaboración de automatismo

secuencial dentro del PLC. Permite establecer el orden de las acciones que éste debe

realizar y bajo qué condiciones debe realizarlas. Este lenguaje resulta enormemente sencillo

de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos (Peña et al, 2003)

- Planos de funciones (o bloques de funciones): Resulta especialmente cómodo de

utilizar, por técnicos habituados a trabajar con circuitos digitales de compuertas lógicas, ya

que la simbología utilizada entre ambos es la misma.

En el anexo 12 se puede encontrar un ejemplo de programación de PLC con compuertas

lógicas, para el arranque directo de un motor de inducción.




for Industrial Plants

C57.13 IEEE Standard for Instrument Transformers


ICS 1 General Requirements

ICS 2 Controllers, Contactors and Overload Relays Over 600

Volts

ICS 4 Terminal Blocks

ICS 5 Control-Circuit and Pilot Devices

ICS 19 Diagrams, Device Designations and Symbols



FONDONORMA 821 Arrancadores Directos en Motores de Corriente Alterna en

Baja tensión

5.8. CONTENIDO DE UNA ESPECIFICACION

Los esquemáticos de control representan únicamente el dibujo de equipos, por tanto, no

requieren ser especificados. El ingeniero encargado simplemente realiza el diseño, y todos los

instrumentos que son representados en el diagrama están ya especificados de antemano (Ver

Capítulo II y III, especificación de CCM y Motores).

A veces los diagramas se anexan dentro de la especificación de un CCM que se entrega al

fabricante, así como ocurre con el unifilar y la hoja de datos, pero el destino real de estos

diagramas es el personal técnico encargado de realizar las conexiones en campo.

143


El procedimiento C-EL-31P “Diseño de Esquemáticos de Control de Motores” comprende todas

las actividades que deben ser ejecutadas por los ingenieros de la disciplina Electricidad, para el

diseño de los esquemáticos de control. Incluye la recopilación de información básica y los

documentos de referencia hasta la impresión del plano. Se recomienda al lector consultar este

procedimiento, o en su defecto, revisar el anexo 10.

5.10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Straughen, A. y Dewan, S. B. Power Semiconductor Switches. Wiley - Interscience

Publicaciones, 1975.

2. Henríquez Harper, Gilberto. Curso de Transformadores y Motores de Inducción.

Editorial Limusa, 2002.

3. Peña, Juan y Grau, Antoni. Diseño y Aplicaciones con Autómatas Programables.

Editorial UOC, 2003.

4. Hyde, J., Regué, J. y Cuspinera, A. Control Electroneumático y Electrónico. Editorial

Marcombo, 1997.

5. NEMA Standard Publication ICS - 1 “General Requirements”. 2000.

6. NEMA Standard Publication ICS - 2 “Controllers, Contactors and Overload Relays

Rated 600 Volts”. 2000.

7. NEMA Standard Publication ICS - 4 “Terminal Blocks”. 2000.

8. NEMA Standard Publication ICS - 5 “Control Circuit and Pilot Devices”. 2000.

9. IEEE Red Book “Electric Power Distribution for Industrial Plants”. 1993.

10. IEEE C57.13 “IEEE Standard for Instrument Transformers”. 1993.

144

11. Empresas Y&V. Procedimiento C-EL-31P “Diseño de Esquemáticos de Control de

Motores”

12. Empresas Y&V. Taller de Esquemáticos de Control, ubicado en:

M:\ Departamentales \ Vicepresidencia de Ingeniería \ Electricidad \ 03 ELECNET.


Westinghouse Electrical Specification Guide, Catalog 55 - 000. 1.980 - 1.981.

TOSHIBA. Medium voltage solid state starters. JKSSS Plus Series Instruction Manual.

http://www.generalmanual.com/Power-Distribution/Toshiba-Medium-Voltage-JK-Solid-State-

Starter.html

SIEMENS. Electrical training Courses. Basics of Control Components.

http://www.sea.siemens.com/step/pdfs/control_components.pdf

DIRECT INDUSTRY. Products.

http://www.directindustry.com/prod/crouzet-automatismes/programmable-logic-controller-plc-

7457-22971.html

145

Capítulo 6

El Sistema de Calidad de Empresas Y&V

146

CAPITULO 6

SISTEMA DE CALIDAD DE EMPRESAS Y&V

TABLA DE CONTENIDO

6.1. OBJETIVO .......................................... ........................................................................ 147

6.2. INTRODUCCION ........................................................................................................ 147

6.3. DEFINICIONES ........................................................................................................... 148

6.4. NORMAS Y CATALOGOS ................................ ......................................................... 149

6.5. LISTA MAESTRA DE EMPRESAS Y&V ..................... ............................................... 151

6.6. LA GESTION DE LA CALIDAD Y LOS PROCEDIMIENTOS Y&V . ............................ 152

6.7. ESQUEMA DE UN PROCEDIMIENTO ....................................................................... 153

6.7.1. Encabezado ........................................................................................................ 153

6.7.2. Objetivo ............................................................................................................... 153

6.7.3. Alcance ............................................................................................................... 153

6.7.4. Contenido ............................................................................................................ 154

6.7.5. Documentos de Referencia ................................................................................. 154

6.7.6. Control de los registros ........................................................................................ 155

6.8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................ ................................................... 156

147

6.1. OBJETIVO

Describir la estructura de los procedimientos de diseño en Empresas Y&V así como su utilidad

para el personal, en el marco del Sistema de Calidad establecido por la corporación.

6.2. INTRODUCCION

Empresas Y&V define la calidad como “La totalidad de las características de una entidad que le

confiere la aptitud para satisfacer las necesidades explícitas e implícitas”. Tomando en cuenta

que para lograr esta acción es necesario tomar decisiones acertadas, existen las políticas, las

cuales pueden establecerse a nivel empresarial y aplicarse a toda la organización, o a nivel

departamental. Incluso a nivel funcional si es necesario y adecuado. Las políticas permiten

saber, tanto a los empleados como a los gerentes, lo que se espera de ellos, aumentando así

sus posibilidades de éxito.

Dentro de las políticas de la empresa se define la política en materia de la calidad, llamada

“Política de la Calidad” para distinguirla de las demás. Entre los aspectos que deben

considerarse al emitir la política de la calidad están los siguientes:

• La consistencia entre la política y los objetivos de la organización

• El compromiso de cumplir con los requisitos establecidos y la mejora continua

• Debe servir como referencia para evaluar los objetivos de la calidad

• Debe ser difundida de la manera más amplia posible.

En la Intranet, específicamente en Menú / Calidad / Preguntas Frecuentes se puede encontrar

una gran cantidad de definiciones asociadas al tema de la calidad. Para efectos de este manual

se utilizarán algunas de ellas.

En base a lo expuesto anteriormente, existe la Política de la Calidad en Empresas Y&V, la cual

puede encontrarse también en nuestra Intranet. De igual forma se presenta a continuación:

148

Figura 6.1. Política de la Calidad de Empresas Y&V

Entre una gran cantidad de aspectos que engloban las políticas de la empresa en general y en

particular la política de la calidad, como lo son los mapas, las instrucciones de trabajo, las listas

de chequeo o las hojas de cálculo, se encuentran los procedimientos, los cuales son, según la

empresa, simplemente “formas específicas de llevar a cabo una actividad o un proceso”. En

este manual se describirán los procedimientos de diseño específicamente para la disciplina de

Electricidad, si bien es catalogada siempre como un servicio y no como parte del núcleo de los

proyectos que se realizan en la empresa.

6.3. DEFINICIONES

- Calidad: Es la totalidad de las características de una entidad que le confiere la aptitud para

satisfacer las necesidades explicitas e implícitas.

- Política: Constituye el marco de referencia que se establece para ayudar en la toma de

decisiones, de las políticas surgen las normas y procedimientos.

- Política de la Calidad: Esta política debe establecer de manera clara los aspectos

relacionados de como la empresa maneja la materia calidad, además esta política en

particular es una parte vital del sistema de la calidad de la empresa.

- Sistema de Gestión de la Calidad: Conjunto de actividades de la función general de la

dirección que determinan la política de la calidad, los objetivos y las responsabilidades que

149

se llevan a cabo por medios tales como la planificación de la calidad y el mejoramiento de

la calidad, en el marco del sistema de la calidad.

- ISO: (Organización Internacional para la Normalización), fue creada en 1947, para

promocionar el desarrollo de las actividades de normalización en el mundo, a objeto de

facilitar el intercambio y desarrollar la cooperación intelectual, científica, tecnológica y

económica. En la actualidad forman parte de la ISO, 109 organismos nacionales de

normalización.

Las Normas ISO 9000 son un conjunto de normas y directrices internacionales para la

gestión de la calidad que, desde su publicación inicial en 1987, han obtenido una

reputación global como base para el establecimiento de sistemas de gestión de la calidad.

- INTRANET: Constituye la red propia de la empresa, diseñada y desarrollada siguiendo los

protocolos propios de Internet, para compartir la información de la misma. Esta red es

aislada, es decir, no está conectada a Internet. Algunos puntos de interés de dicha red son

accesibles desde el exterior, como por ejemplo, el correo interno de la empresa.

- Disco M: Es un disco en red, para acceso general en la empresa (aunque no todos el

personal tiene acceso a la totalidad de los directorios), donde se encuentra información

importante perteneciente a cada uno de los departamentos de la empresa, materiales de

consulta, documentos de archivo, etc.

- Procedimiento: Forma específica para llevar a cabo una actividad o un proceso.

6.4. NORMAS Y CATALOGOS

Al ingresar en el disco M, específicamente en M:\Sistemas\Publicaciones\Normas, se llegará al

catálogo de normas de la empresa. Normas para todas las aplicaciones se podrán encontrar

allí. FONDONORMA, PDVSA, API, IEC, MSS, IEEE, ANSI, son algunas de las normas

presentes en la mencionada ubicación.

150

Figura 6.2. Lista de normas de Empresas Y&V

En cuanto a los catálogos de fabricantes, se debe ingresar nuevamente al disco M,

específicamente en M:\Sistemas\Publicaciones\Catalogos, para acceder a las listas de

catálogos de fabricantes que posee la empresa.

Figura 6.3. Lista de catálogos de Empresas Y&V

151

6.5. LISTA MAESTRA DE EMPRESAS Y&V

Al ingresar en la Intranet, llegar a la lista de procedimientos de Electricidad se logra de una

manera bastante sencilla. Ingeniería / Electricidad / Lista Maestra es la dirección a seguir (fig.

3).

Figura 6.4. Ubicación de la Lista Maestra en la Intranet de Empresas Y&V

Al llegar allí, se podrá ver una lista como la siguiente (fig. 4):

Figura 6.5. Lista de procedimientos de la disciplina de Electricidad

152

Casi la totalidad de los capítulos del presente manual tienen al menos una referencia al

procedimiento asociado al tema. Si bien este manual se trata de un texto de consulta rápida

para la correcta especificación de equipos de electricidad, es necesario como primera fuente de

información antes de seguir un procedimiento con las ideas tal vez no muy claras. Los capítulos

de este manual que no tienen referencia alguna a algún procedimiento, es porque simplemente

el mismo no ha sido elaborado.

6.6. LA GESTION DE LA CALIDAD Y LOS PROCEDIMIENTOS Y&V

En la norma FONDONORMA ISO 9000 “Sistemas de Gestión de la Calidad. Fundamentos y

Vocabulario” se define el Sistema de Gestión de la Calidad (SGC), como “aquella parte del

sistema de gestión de la organización empresarial enfocada en el logro de resultados, en

relación con los objetivos de la calidad (la política), para satisfacer las necesidades,

expectativas y requisitos de las partes interesadas, según corresponda”. Existen otras partes

del sistema de gestión de la organización, por ejemplo la de recursos financieros, o la de salud

y seguridad laboral.

Entre los documentos utilizados en los sistemas de Gestión de la Calidad, según la misma

norma, se encuentran por ejemplo las especificaciones, las cuales se definen como

“documentos que establecen requisitos”. La mayor parte de los capítulos de este manual han

mostrado al lector información necesaria para la especificación de equipos de electricidad, y en

casi todos se ha hecho referencia a algún procedimiento. Precisamente los procedimientos se

encuentran también dentro del contexto de los documentos utilizados en la gestión de la

Calidad según la norma.

Los Procedimientos de Electricidad van dirigidos a todos aquellos Ingenieros de Proyectos

encargados de diseñar alguna instalación eléctrica en particular.

Si en capítulos anteriores el lector ha tenido la necesidad de consultar alguno de los

procedimientos referidos para completar la información presentada en ellos, ha de haber notado

que un procedimiento está redactado de forma secuencial. Como ejemplo para explicar las

partes de un procedimiento se utilizará el C-EL-31P “Diseño de Esquemáticos de Control de

Motores”.

153

6.7. ESQUEMA DE UN PROCEDIMIENTO

6.7.1. Encabezado

Se coloca el nombre del procedimiento, y el código asociado al mismo.

Figura 6.6. Encabezado del procedimiento

6.7.2. Objetivo

Simplemente se indica al lector de qué trata del documento, qué información se intenta

transmitir. Se supone que el objetivo del procedimiento debe estar en consonancia con el

trabajo que se desea realizar.

Figura 6.7. Objetivo del procedimiento

6.7.3. Alcance

En el alcance se ofrece un resumen con todo lo que contiene el procedimiento, incluido

cualquier trabajo anexo presente.

154

Figura 6.8. Alcance del procedimiento

6.7.4. Contenido

El procedimiento como tal obviamente varía con cada tema, es caracterizado por su practicidad

(corta extensión, promedio de 5 a 15 páginas por procedimiento). Se hace referencia a normas,

manuales, se incluyen diagramas de flujo, secuencias de operación con software, cálculos, etc.

Incluso se puede referir a otros procedimientos elaborados bajo el mismo concepto.

Figura 6.9. Extracto de contenido del procedimiento C-EL-31P

6.7.5. Documentos de Referencia

Se colocan cada una de las fuentes bibliográficas, normas o enlaces a otros procedimientos

ubicados en la red de la empresa, así como cualquier material en particular que haya sido

consultado.

155

Figura 6.10. Referencias en un procedimiento

6.7.6. Control de los registros

En un procedimiento es muy probable que se generen planos, listas de materiales,

requisiciones, cálculos, etc., como parte del trabajo. Toda esta información, ya que es producto

del diseño, deberá pasar luego de ser revisada a los entes encargados en la Dirección de

Control de Documentos, quienes emiten una copia al cliente antes de ser archivados por cierta

cantidad de tiempo. Es en esta sección, donde se describe con detalle las acciones a realizar,

las cuales son bastante similares entre los distintos procedimientos.

Los registros, forman parte también de los documentos utilizados en los SGC, ya que

FONDONORMA ISO 9000 los incluye, y los define como “documentos que proporcionan

evidencia objetiva de las actividades realizadas o de los resultados obtenidos”.

Si bien se trata de la última parte del procedimiento, es de suma importancia su aplicación, ya

que tiene incidencia directa con el SGC. La norma FONDONORMA ISO 9001 “Sistemas de

Gestión de la Calidad. Requisitos” indica, con relación al control de los registros, que “deben

establecerse y mantenerse para proporcionar evidencia de la conformidad con los requisitos así

como de la operación eficaz del sistema de Gestión de la Calidad”. Asimismo, indica que “los

registros deben permanecer legibles, fácilmente identificables y recuperables” y que además

“debe establecerse un procedimiento documentado para definir los controles necesarios para la

identificación, el almacenamiento, la protección, la recuperación, el tiempo de retención y la

disposición de los registros”.

156

Figura 6.11. Control de registros del procedimiento

La forma de realizar los procedimientos que se presenta en este capítulo, si bien, nuevamente,

está dentro del marco de la disciplina Electricidad, aplica al resto de las disciplinas de la

corporación: Arquitectura, Ingeniería Civil, Mecánica, Tuberías, entre otras.


1. FONDONORMA-ISO 9000. “Sistemas de Gestión de la Calidad. Fundamentos y

Vocabulario”. 3ra. Revisión, 2006.

2. FONDONORMA-ISO 9001. “Sistemas de Gestión de la Calidad. Requisitos”. 2da.

Revisión, 2001.

3. Procedimiento C-EL-31P “Diseño de Esquemáticos de Control de Motores”

157

Capítulo 7

Hojas de Datos de Equipos

158

CAPITULO 7

HOJAS DE DATOS DE EQUIPOS

TABLA DE CONTENIDO

7.1. OBJETIVO .......................................... ........................................................................ 159

7.2. INTRODUCCION ........................................................................................................ 159

7.3. HOJAS DE DATOS .................................... ................................................................ 160

7.3.1. Hoja de datos para CDP ...................................................................................... 160

7.3.2. Hoja de Datos para CCM ..................................................................................... 161

7.3.3. Hoja de datos para Motor .................................................................................... 162

7.3.4. Hoja de datos para Sistema de Puesta a Tierra................................................... 163

7.3.5. Hoja de Datos para Resistencia de Puesta a Tierra ............................................ 164

7.3.6. Hoja de Datos para Interruptor de Potencia ......................................................... 165

7.3.7. Hoja de Datos para Transformador inmerso en líquido ........................................ 166

159

7.1. OBJETIVO

Presentar al lector ejemplos típicos de hojas de datos de equipos generales usados en

especificaciones.

7.2. INTRODUCCION

Las hojas de datos son un anexo dentro de las especificaciones de equipos que se entregan a

un fabricante a la hora de hacer la procura de un equipo en particular. Mientras la especificación

contiene la información detallada con respecto a lo que se necesita de cada uno de los

aspectos del equipo en cuestión, la hoja de datos sintetiza toda esa información presentándola

en forma de una planilla.

A continuación se presentarán a modo ilustrativo hojas de datos típicas de equipos, algunos de

ellos objeto de estudio en este manual.

160

7.3. HOJAS DE DATOS

7.3.1. Hoja de datos para CDP

161

7.3.2. Hoja de Datos para CCM

162

7.3.3. Hoja de datos para Motor

163

7.3.4. Hoja de datos para Sistema de Puesta a Tierr a

164

7.3.5. Hoja de Datos para Resistencia de Puesta a T ierra

165

7.3.6. Hoja de Datos para Interruptor de Potencia

166

7.3.7. Hoja de Datos para Transformador inmerso en líquido

167

ANEXOS

168

ANEXOS

Anexo 1: Modelación de un CCM con el programa Start Center One .

Características del sistema:

• Barra Principal: 480V, 600A, NCC=30KA.

• Servicio: 3F + N

Características del CCM:

• Alto: 90’’

• Profundidad: 20’’

• Montaje: Frente

• Barra de tierra: abajo

• Barra de neutro: Debajo de las principales, 600A.

• Barras verticales: 200A.

• Tipo de encerramiento: NEMA 12.

• Tipo de cableado: Clase I, tipo B-T

• Medio de desconexión: Interruptor principal, 600A.

Unidades:

• Un (1) arrancador a plena tensión, reversa, 25HP (NEMA 2)

• Un (1) arrancador a plena tensión, 50HP (NEMA 3)

• Un (1) arrancador directo con dos devanados, 40HP (NEMA 2)

• Ocho (8) arrancadores a plena tensión, 10HP (NEMA 1)

169

Modelación:

Leyenda:

MCB: Interruptor Principal

TS2W: Arrancador directo con motor del tipo Two Speed, Two Winding (motor de dos

devanados y dos velocidades)

FVNR: Arrancador directo sin reversa

FVR: Arrancador directo con reversa

METR: Unidad de medición

Espacio libre

170

Anexo 2: Unifilar simplificado CDP/CCM

171

Anexo 3: Tabla de Cargas para Tablero

Anexo 4: Listado típico para pruebas de rutina para Motores

• Determinación de la corriente de rotor bloqueado.

• Prueba de alto potencial.

• Observación de los cojinetes y la operación mecánica sin carga.

• Medición de vibración.

• Medición de la resistencia de cada fase del devanado en frío y en caliente.

• Determinación del factor de potencia de rotor bloqueado.

• Determinación del par de rotor bloqueado.

• Prueba de temperatura a plena carga.

• Determinación del deslizamiento a plena carga.

• Determinación del porcentaje de regulación de velocidad.

• Determinación de la eficiencia y el factor de potencia a ½, ¾ y con plena carga.

• Determinación del par de salida (breakdown torque).

• Curvas de desempeño hasta 125% de carga, definiendo corriente, par, factor de

potencia, eficiencia y velocidad en todo el rango.

172

Anexo 5: Dimensiones NEMA (MG-1 tabla 4-1, tres par tes)

174

Anexo 6: Grados de protección IP (MG-1 tablas 5-1 y 5-2)

Ejemplo: IP54

5: FIRST CHARACTERISTIC NUMERAL. Número correspondiente a la protección contra

sólidos y polvo.

4: SECOND CHARACTERISTIC NUMERAL. Número correspondiente a la protección contra

agua.

175

Anexo 7: Métodos de enfriamiento IC (MG-1 tablas 6- 1, 6-2 y 6-3)

Ejemplo: IC8A1W7

8: CIRCUIT ARRANGEMENT. Número asociado al modo de circulación por el motor del

enfriador. Tanto del primero, como del segundo, en caso de haberlo.

A: COOLANT. Letra asociada al primer enfriador: tipo de enfriador.

1: METHOD OF MOVEMENT. Número asociado a la forma de dar movimiento al primer

enfriador.

W: COOLANT. Letra asociada al segundo enfriador: tipo de enfriador.

7: METHOD OF MOVEMENT. Número asociado a la forma de dar movimiento al segundo

enfriador.

177

Anexo 8: Niveles límites de ruido permitidos (MG-1 tabla 9-1)

Anexo 9: Tablas de arrancadores (Fuente: NEMA ICS 2 )

Arrancador directo

178

Arrancador estrella - delta (YD)

Anexo 10: Procedimiento Y&V y esquemático modelo

Empresas Y&V, en su procedimiento C-EL-31P ”Diseño de Esquemáticos de Control de

Motores”, indica una serie de actividades que deberá realizar el Ingeniero de Proyectos para la

estructuración de Esquemáticos de Control. Entre las más importantes destacan las siguientes:

• Agrupar los motores según su capacidad, nivel de tensión y filosofía de operación.

• Seleccionar el tipo de arrancador.

• Señalar el nivel de tensión de control.

• Diseñar un esquemático preliminar.

• Incluir luces piloto de arranque, parada y falla.

• Incluir señales de entrada y salida mediante relés auxiliares.

• Representar todos los contactos de los relés en su condición normal, cuando el motor

está desenergizado.

• Seleccionar la capacidad del transformador de tensión, tomando como cargas las luces

indicadoras, los contactos y las bobinas.

• Realizar la coordinación de protecciones en el primario y secundario del transformador.

• Verificar la lógica de operación del esquemático.

• Identificar todos los puntos de regletas concluido el esquemático.

• Elaborar diagramas unifilares.

Se recomienda revisar con detalle el procedimiento C-EL-31P para mayor información. A

continuación se presenta un modelo de esquemático de control y su diagrama de cableado

179

asociado, diseñado en la empresa (Encontrarlos en: M:\ Departamentales \ Vicepresidencia de

Ingeniería \ Electricidad \ 03 ELECNET). Fueron elaborados con las siguientes características:

1. Selector “Remoto - Disparo - Apagado” en el CCM.

2. Selector “Local - Apagado” en campo.

3. Estación de control local (“Arranque - Parada”) en campo.

4. Arranque con de permisivo de encendido mediante sistema de control.

5. Parada mediante comando de apagado de sistema de control.

6. Parada mediante comando de parada de emergencia.

7. Indicación en gaveta de CCM (“Arranque - Parada - Sobrecarga”).

8. Indicación remota de estatus del motor y falla por sobrecarga.

M

MStop Start

OL

MR

MG

OLY

LOCAL

REMOTO

TRIP

APAGADO

SELECTOR EN CAMPO PUSH-BOTTOMS EN CAMPO M

OL

L1 L2 L3

CB OL

CB

CB

M

M

M

OL

OL

M

APAGADO

HSH HSL SIS

180

El esquemático anterior corresponde como puede observarse, a un arranque directo el cual,

posee dos sitios desde donde se puede arrancar el motor: Una es en campo, con el motor a la

vista, y la otra es a distancia por intermedio del panel de interposición. En el CCM también

podría haber mando de arranque y parada, pero en este ejemplo solamente existe indicación

(arranque, parada y sobrecarga).

De la regleta de conexiones ubicada en el CCM, salen cables (regularmente AWG #14) que

van, tanto al tablero de la estación de arranque y paro en campo, como al panel de

interposición. El primero, a distancia del CCM y el segundo prácticamente en la misma

ubicación. Al panel deberán por lo general son enviadas las señales de motor en

funcionamiento, motor parado y falla térmica, mediante los contactos que se pueden apreciar en

el diagrama de cableado anexo (abajo y a la derecha). A su vez, de allí se tomarán las señales

requeridas para los PLC’s, en donde se realizan las conversiones analógico / digital para el

monitoreo y mando a distancia, en algún cuarto de control.

CB

M

M

M M OL

GR

REMOTO

TRIP

APAGADO

Stop Start

LOCAL

APAGADO

TB

TB

-1

TB

-2

TB

-3

EL-1

EL-2 EL-3

EL-

1

EL-

2

EL-

3

M

SIS

XIH

HSL

II

HSH

TB-2 TB-1

EL-

4

EL-

5

TB

-2-1

TB

-2-2

TB

-2-3

TB

-2-4

TB

-2-5

TB

-2-6

TB

-2-7

TB-6

TB-7

TB-8

TB-9

TB-10

TB-11

TB-12

TB-13

TB-14

DIGITAL OUTPUTDESDE DCS / SIS

DIGITAL INPUTAL DCS

PANEL DE RELÉS DE

INTERPOSICIÓN

ESTACIONES DECONTROL LOCAL

EN CAMPO

ARRANCADORESEN CCM’S

M

OLY

TB

-2-8

TB-15

M OL

AUTOMATICO

TB

-4

TB

-5

EL-5

EL-4

L/AT

B-2

-9

TB

-2-1

0

TB

-2-1

1

TB

-2-1

2

TB-15TB-15

TB-16

TB-17

L/A

L/A

181

Anexo 11: Selección de Transformadores de Control

La empresa fabricante de equipos eléctricos Rockwell Automation, ofrece a sus clientes un

método sencillo para la selección de la capacidad de sus transformadores de control (para

tensiones en el primario hasta 600V). Se basa en el conocimiento previo de la carga en VA de

cada uno de los componentes del circuito de control, incluyendo el cableado.

Pasos:

a) Calcular la capacidad (burden) de todos los componentes que pueden estar cerrados al

mismo tiempo.

b) Multiplicar el valor obtenido en el paso anterior por 1,25

c) Calcular la potencia máxima de inrush en VA del dispositivo o los dispositivos de cierre.

d) Adicionar la cantidad calculada en el paso anterior al valor calculado en el paso b)

e) Dividir la cantidad anterior entre 4.

Utilizando el mayor valor entre los obtenidos en los pasos b) y e), seleccionar un transformador

cuyo valor nominal en VA sea lo más cercano al valor escogido (pero nunca menor).

Siemens por su parte ofrece un método computarizado, el cual pide al usuario los datos de

interés mediante una serie de pasos, modificando el valor mínimo de VA recomendado al

instante. Al igual que en el caso anterior, aplica para transformadores con tensiones primarias

hasta 600V.

182

Fuente: http://cmsapps.sea.siemens.com/control/TransCalcFlash/TC07.html

Anexo 12: Arranque directo de un motor de inducción mediante la operación lógica de un

PLC. Programación mediante diagramas de compuertas lógicas.

En primer lugar se presenta el esquemático de control asociado al arranque directo presentado

en el capítulo 5, con el fin de ubicar las conexiones al PLC y entender la secuencia lógica de

operación:

183

Conexiones físicas iniciales

De entrada o Inputs:

1) Pulsador de Inicio (NA - 0 lógico) conectado al punto de entrada denominado “START”.

2) Pulsador de Parada (NC - 1 lógico) conectado al punto de entrada denominado “STOP”.

3) Contactos del relé de sobrecarga (NC - 1 lógico) conectados al punto de entrada denominado

“OL”.

De salida u Outputs:

1) El contactor de potencia (NA - 0 lógico), mediante su bobina en tensión de control, es

conectado en un punto de salida del PLC denominado “MS”.

2) La luz piloto de encendido “roja”, es conectada en un punto de salida denominado “RL”.

3) La luz piloto de apagado “verde”, es conectada en un punto de salida denominado “GL”.

Variables lógicas auxiliares internas en la programación del PLC

1) PUSH: Variable auxiliar que permite la alimentación del motor cuando toma el valor 1 lógico.

También hace que la variable AUX tome el valor de 1 lógico.

2) AUX: Variable auxiliar que permite la alimentación del motor cuando toma el valor 1 lógico.

3) PATH: Variable auxiliar, que permite la alimentación de forma permanente, luego de que el

pulsador de inicio llega a su posición normal.

184

Diagrama lógico programado en el CPU del PLC

Tabla de la Verdad

Condición

Start

Stop

OL

Push

Aux

Path

MS

RL

GL

CONDICION NORMAL

0

1

1

0

0

0

0

0

1

Mientras se presiona el pulsador de Inicio

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Al soltar el pulsador de inicio - Cond. Operac.

0

1

1

0

1

1

1

1

0

Al presionar (y soltar) el pulsador de parada

0

0

1

0

0

0

0

0

1

Sobrecarga

0

1

0

0

0

0

0

0

1

Breve descripción de las compuertas lógicas

AND: Toma el valor de 1 lógico a la salida si todas sus variables de entrada tienen el valor de 1

lógico.

OR: Toma el valor de 1 lógico si alguna de sus variables de entrada tiene el valor de 1 lógico.

NOT: Toma el valor negado de la entrada (1�0 y 0�1).

185

Breve descripción de la operación del circuito lógico programado en el CPU del PLC

Cuando se pulsa el botón de inicio, el CPU recibe una señal lógica de entrada, la cual interpreta

en forma de 1 lógico. Esto hace que las tres entradas de la compuerta AND1 sean 1 y por tanto

se envía un 1 a la salida PUSH.

Con PUSH en 1, PATH también toma el valor de 1, ya que es la salida de una compuerta OR1

entre AUX y PUSH (ver diagrama). Instantáneamente AUX toma el valor de 1, ya que

representa la salida de la compuerta AND2, estando sus entradas PATH, STOP y OL las tres en

1 lógico.

Con PUSH y AUX a la entrada de la compuerta OR2, la variable programada de salida MS toma

el valor de 1 lógico, y con esto se energiza la bobina de contactor de potencia (ver esquemático

de control). Además, la variable RL está asociada a la salida de la misma compuerta OR2, por

eso la luz piloto roja se enciende, indicando que el circuito está energizado.

La variable AUX, en 1 lógico, pasa a través de una compuerta negadora NOT1, y su salida

(cero lógico) es la variable de salida GL. Con esto, la luz piloto verde se apaga.

Al soltar el botón de inicio, PUSH toma el valor de 0 lógico, pero el motor sigue en marcha por la

vía de la variable AUX, la cual por permanecer en 1, garantiza la continuidad de operación.

Se deja al lector la verificación del resto de los estados de operación, para lo cual se

recomienda utilizar como vía de apoyo el diagrama lógico y la tabla de la verdad.

Libro de Pasant a Jon s Gonz lez159.90.80.55/tesis/000145270.pdf · 2.2.7. PDVSA ... Como único...

Documents

Transcript of Libro de Pasant a Jon s Gonz lez159.90.80.55/tesis/000145270.pdf · 2.2.7. PDVSA ... Como único...