Distribucion Electrica de Una Planta Industrial
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INDICE:
DEDICATORIA:..............................................................................................................................2
INDICE:.........................................................................................................................................3
INTRODUCCION:...........................................................................................................................6
CAPITULO I: MARCO TEORICO......................................................................................................7
1. ILUMINACIÓN...................................................................................................................7
2. ALIMENTADORES..............................................................................................................8
3. CIRCUITO RAMAL.............................................................................................................8
4. CONDUCTORES ELÉCTRICOS.............................................................................................9
4.1. Aislamiento de los conductores..............................................................................10
4.2. Calibre de los conductores eléctricos.....................................................................10
4.3. Selección del calibre del conductor........................................................................12
4.4. Calibre mínimo y capacidad de los circuitos ramales.............................................12
4.5. Selección del conductor puesto a tierra.................................................................12
5. Canalizaciones y Cajas de paso.......................................................................................13
5.1. Tuberías..................................................................................................................13
5.2. Bandejas para cables..............................................................................................15
5.3. Cajas de paso y cajetines........................................................................................15
6. Selección de protecciones..............................................................................................15
7. Tableros..........................................................................................................................16
7.1. Tablero de alumbrado tipo NLAB...........................................................................16
7.2. Tablero de alumbrado y distribución NAB:.............................................................16
7.3. Tablero de alumbrado y distribución tipo NHB.......................................................17
7.4. Tablero de distribución tipo CELDAS o CDEP-1:......................................................17
8. Centro de Control de Motores (CCM).............................................................................17
9. Cuarto de medidores......................................................................................................17
10. Principios básicos de distribución de media tensión..................................................18
10.1. Acometida principal............................................................................................18
10.2. Protección contra sobrecorriente.......................................................................18
10.3. Transformadores de Distribución.......................................................................18
2
11. Sistemas de emergencia.............................................................................................19
11.1. Baterías...............................................................................................................20
11.2. Grupo Generador................................................................................................20
11.3. Fuente de alimentación interrumpible...............................................................21
11.4. Acometida separada...........................................................................................21
12. Principios de puesta a tierra.......................................................................................21
12.1. Electrodos de tierra............................................................................................21
12.2. Rejilla o red de tierra..........................................................................................22
12.3. Placa de tierra.....................................................................................................22
12.4. Anillo de tierra....................................................................................................22
CAPITULO II: MANUAL DE DISTRIBUCION ELECTRICA.................................................................23
1. Descripción de la planta.................................................................................................23
2. Identificación de las zonas..............................................................................................23
3. Clasificación de las zonas................................................................................................24
3.1. Zonas Inflamables...................................................................................................24
3.2. Clase de Temperatura.............................................................................................25
3.3. Determinación del nivel de tensión de alimentación.............................................25
3.4. Estimación de la demanda......................................................................................26
3.5. Determinación de la distribución y locación de los tableros eléctricos..................30
3.6. Selección del calibre de los alimentadores.............................................................32
3.7. Selección de la canalización....................................................................................34
3.8. Selección de los tableros eléctricos........................................................................35
3.9. Selección de los sistemas de transformación.........................................................35
3.10. Selección del sistema de emergencia.................................................................37
CAPITULO III: APLICACIÓN DE LA DISTRIBUCION ELECTRICA EN UNA PLANTA FARMACEUTICA 38
1. Descripción de la planta.................................................................................................38
2. Identificación de las zonas..............................................................................................40
3. Clasificación de las zonas................................................................................................40
4. Determinación del nivel de tensión de alimentación.....................................................40
5. Estimación de la demanda..............................................................................................41
5.1. Alumbrado..............................................................................................................41
5.2. Estimación del sistema de tomacorrientes.............................................................45
5.3. Estimación del sistema de fuerza...........................................................................47
6. Determinación de la distribución y ubicación de los tableros eléctricos........................47
3
6.1. Tablero principal.....................................................................................................47
6.2. Tableros secundarios..............................................................................................49
7. Selección del calibre de los alimentadores.....................................................................49
7.1. Criterio de capacidad de corriente.........................................................................49
7.2. Criterio de caída de tensión....................................................................................49
7.3. Selección del calibre del conductor del neutro.......................................................50
7.4. Selección del calibre del conductor de puesta a tierra...........................................50
8. Selección de la canalización............................................................................................51
9. Selección de protecciones..............................................................................................51
10. Selección del tablero eléctrico:...................................................................................51
11. Selección del sistema de transformación...................................................................53
12. Selección del sistema de puesta a tierra.....................................................................53
13. Selección del sistema de pararrayos...........................................................................53
CAPÍTULO IV REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................54
4
INTRODUCCION:
El presente trabajo es para darnos una visión de cómo está realizada una
instalación eléctrica en una planta veremos las características, iluminación,
voltajes, etc.
Una instalación eléctrica es el conjunto de equipos y materiales que permiten transportar y distribuir la energía eléctrica partiendo desde el punto de conexión de la compañía suministro hasta máquinas y aparatos receptores para su utilización final, de una manera eficiente y segura, garantizando al usuario flexibilidad, comodidad y economía en la instalación.
Debido a que la presencia de la energía eléctrica significa un riesgo para el ser humano, se requiere suministrar la máxima seguridad posible para salvaguardar su integridad así como la de los bienes materiales, cada parte que integre la instalación eléctrica debe estar ubicada estratégicamente con el fin de lograr seguridad absoluta. Además de esto el servicio de instalaciones eléctricas deberá ser eficiente y económico, integrando lo técnico y lo económico.
Derivado de lo anterior, resulta indispensable asegurar un mantenimiento preventivo adecuado para garantizar que la instalación eléctrica aproveche al máximo su vida útil. Todo diseño de una instalación eléctrica deberá estar bien basado en la física y tener su buen historial de casos de éxito en la experiencia operativa y por supuesto en la seguridad de la instalación eléctrica.
Contar con un óptimo servicio de instalaciones eléctricas, contribuye a preservar su patrimonio y reducir costos ahorrando energía y evitando siniestros, prolongando la actividad y productividad de su negocio.
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DISTRIBUCION ELECTRICA DE UNA PLANTA INDUSTRIAL
CAPITULO I: MARCO TEORICO
1. ILUMINACIÓNEl cálculo de la cantidad de luminarias a partir de la iluminancia requerida en
determinado espacio se diseña por el método del Lumen el cual toma en
cuenta las interreflexiones de luz en el interior de un cuarto.
La iluminación promedio sobre el plano de trabajo es igual al flujo luminoso
incidente por unidad de área, y viene dado por:
E=∅A
En donde,
E = Iluminancia (lux)
Φ = Flujo luminoso (lumen)
A = Área (m2)
Los lúmenes que cubren el plano de trabajo son igual que los lúmenes de
lámpara (ΦL) multiplicados por el coeficiente de utilización (CU). Este factor es
una función de las dimensiones y acabado del cuarto, de la altura de montaje
del aparato lumínico, de su tipo y de la altura del plano de trabajo.
6
Adicionalmente, se considera un factor de pérdida de luz (LLF por sus siglas en
inglés Light Loss Factor) ya que los lúmenes de las lámparas disponibles
inicialmente pueden verse reducidos conforme el tiempo pasa debido al sucio
acumulado, baja tensión y temperatura ambiente entre otros, de manera que la
iluminación mantenida Em se expresa así:
Em=∅ ×CU ×LLF4
2. ALIMENTADORES
El alimentador son todos los conductores de un circuito entre el equipo de
acometida, la fuente de suministro de un sistema derivado separadamente u
otra fuente de suministro, y el último dispositivo de sobre corriente del circuito
ramal.
3. CIRCUITO RAMALEl concepto de circuito engloba la idea de un sistema cerrado, que conecta
eléctricamente la fuente de energía o de alimentación y el receptor de ésta, va
entre el último dispositivo de sobre corriente que protege el circuito y la(s)
salida(s). Según como lo define el Código Eléctrico Nacional, constituye el
elemento básico de la instalación eléctrica ya que a partir de su diseño, se
estructura en pasos sucesivos todo el sistema eléctrico.
Así pues al estar ubicadas las cargas que se van a suplir se trazan lo circuitos
ramales que alimentan las salidas agrupando las cargas de la forma más
conveniente y determinando así las necesidades que debe cumplir el sistema
de alimentadores.
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Entre los componentes básicos del sistema eléctrico se encuentran los
conductores, que es el elemento de enlace entre la fuente de alimentación y la
carga, y las canalizaciones eléctricas que son los elementos que conducen a
los conductores.
4. CONDUCTORES ELÉCTRICOSLos conductores están conformados por tres partes:
El alma o elemento conductor, fabricado de cobre o aluminio; según su
constitución puede ser: alambre o cable, según el número de
conductores puede ser: monoconductor o multiconductor.
El aislamiento.
Las cubiertas protectoras, utilizadas para proteger la integridad del
aislamiento y el alma conductora.
Los conductores eléctricos pueden tener diferentes formas: hilos, barras
rectangulares, barras circulares, etc. Los materiales de los conductores
típicamente utilizados en las instalaciones eléctricas son el cobre y el aluminio
por ofrecer una buena conductividad a un costo razonable.
El aluminio posee menor conductividad eléctrica que el cobre
aproximadamente en un 16% y es más liviano, lo que resulta más económico al
hacer un cálculo comparativo. A pesar de estas diferencias el cobre es
preferido en el mercado por sus propiedades mecánicas.
Para la selección del conductor es importante tener en cuenta los agentes que
influyen durante su funcionamiento, los más relevantes son: mecánicos,
químicos y eléctricos.
Entre los agentes mecánicos que pueden afectar se encuentran: presión
mecánica, abrasión, elongación y doblez a 180º, siendo los más comunes
agentes externos como el desempaque, manejo e instalación del conductor que
le pueden causar daño ocasionando fallas de operación al sistema.
Los agentes químicos dependen directamente de los contaminantes que se
encuentran en el lugar de la instalación y se clasifican en: Agua o humedad,
hidrocarburos, ácidos y álcalis. El aislamiento del conductor se determina
8
según las necesidades ante la acción de los contaminantes presentes, ya que
estos pueden variar en espesor y capas de aislamiento.
4.1. Aislamiento de los conductoresPara el aislamiento de los conductores las denominaciones varían dependiendo
de su utilización o tipo de fabricante, por ejemplo el material termoplástico se
identifica como tipo T, y su designación según la norma UL (Underwriters
Laboratories Inc.) se indica a continuación: TW, THW, THHN, TTU. También
se encuentran los polímeros que se identifican como: R, RW, RHW, RH, RHH.
Para seleccionar el tipo de aislamiento de los conductores, se debe considerar
la capacidad para resistir diversos aspectos a los que están expuestos en la
instalación, como el tipo de lugar de la instalación:
Lugares Secos y Húmedos: Los conductores aislados y cables usados pueden
ser de los tipos: FEP, FEPB, MTW, PFA, RHH, RHW, RHW-2, SA, THHN,
THW, THW-2, THHW, THHW-2, THWN, THWN-2, TW, XHH, XHHW, WHHW-2
ó ZW.
Lugares Mojados: Los conductores aislados y los cables usados serán
impermeables a la humedad con forro metálico de los tipos: MTW, RHW, RHW-
2, TW, THW, THW-2, THHW, THHW-2, THWN, THWN-2, XHHW, XHHW-2,
ZW; o de un tipo aprobado para el uso en lugares mojados.
Como último aspecto se tienen los agentes eléctricos, las condiciones de
operación de la instalación vienen determinadas por la rigidez dieléctrica del
aislamiento de los conductores, debido a que determina la diferencia de
potencial establecida por los límites de seguridad, el aislamiento de los
conductores permite soportar sobrecargas transitorias o impulsos de corrientes
por cortocircuito.
4.2. Calibre de los conductores eléctricosLos conductores se identifican por el número del calibre que por lo general
siguen el sistema de designación americano AWG (American Wire Gauge por
sus siglas en inglés). Encaso de tener un área mayor se emplea una unidad
denominada circular mil (sección de un círculo que tiene un diámetro de un
milésimo de pulgada). Por ejemplo 1 mm2 = 1974 CM. En la tabla I se
9
muestran en orden ascendente los calibres AWG de uso común y su área
correspondiente.
Tabla I. Área de los conductores con calibres AWG
Calibre (AWG) Área (mm2)
12 3.31
10 5.27
8 8.35
6 13.30
4 21.20
2 33.60
1/0 53.5
2/0 67.4
4/0 107
Tabla II. Área de los conductores con calibres MCM
Calibre (MCM) Área (mm2)
250 126.644
350 177.354
500 253.354
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4.3. Selección del calibre del conductorSe emplean dos criterios para escoger el calibre adecuado para el conductor:
Capacidad de conducción de corriente: representa la máxima corriente
que puede circular por un conductor considerando las propiedades del
mismo sin producir daño.
Caída de tensión: cálculo que considera las pérdidas por el conductor.
Además de las dos condiciones necesarias para escoger el calibre del
conductor el CEN recomienda considerar el calibre mínimo permitido
según su tensión nominal y tipo de instalación.
4.4. Calibre mínimo y capacidad de los circuitos ramalesLa capacidad máxima del conductor se determina a través de la potencia, la
cual está expresada por el producto de la tensión por la corriente. El calibre
mínimo permitido para los circuitos ramales es el THW # 12 AWG de cobre o #
10 de aluminio recubierto de cobre. En la tabla 310.16 del CEN que se muestra
en el apéndice se indican las capacidades de corriente (A) permisibles de
conductores aislados de 0 a 2000 V y de 60 º C a 90 º C no más de tres
conductores activos en una canalización, cables o directamente enterrados,
para una temperatura ambiente de 30 º C.
4.5. Selección del conductor puesto a tierraEl conductor de puesta a tierra conecta el chasis de los equipos, circuitos y/o
canalizaciones al electrodo de puesta a tierra, para determinar dicho calibre se
emplea la tabla IV extraída del CEN (referencia 250-95) que se muestra a
continuación. El calibre se determina en función a la capacidad nominal del
dispositivo automático de sobrecorriente ubicado del lado de la alimentación.
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Tensión
nominal del
conductor
Calibre
mínimo del
conductor
De 0 a 2000
14 De Cobre12 De aluminio o
aluminio De 2001 a 8000 8De 8001 a 2De 15001 a 1De 28001 a 1/0
5. Canalizaciones y Cajas de pasoLas canalizaciones se utilizan en una instalación eléctrica dependiendo del
alcance a cubrir, para proteger el conjunto de conductores o alimentadores por
razones climáticas, mecánicas o de seguridad. Dichas canalizaciones pueden
ser clasificadas de la siguiente forma:
A la vista.
Embutidas: Oculta en muros e inaccesible en forma directa.
Ocultas: No a la vista, pero accesible en toda su extensión.
Subterráneas: Bajo tierra.
5.1. TuberíasLas tuberías son uno de los elementos más importantes, se encargan de
resguardar los conductores desde la fuente de alimentación hasta la carga,
éstas puede ser de dos tipos: embutidas o a la vista.
Las dimensiones de la tubería dependen directamente del número de
conductores que protege, considerando un espacio libre que se habilita con la
finalidad de disipar el calor de los alimentadores, por tal razón se diseña una
relación entre la sección del tubo y la de los conductores, llamada factor de
relleno que viene dado por:
Fr= AcA
en donde:
FR = factor de relleno.
12
Ac = área total de los conductores.
A = área interior de la tubería.
5.1.1. Tuberías tipo EMT
El artículo 358 del CEN explica todas las disposiciones generales respecto a
este tipo de tuberías, tales como su uso, instalación y especificaciones de
fabricación. Generalmente esta tubería metálica conocida como tipo EMT se
utiliza en canalizaciones embutidas.
El tamaño a utilizar oscila desde 1/2 pulgada hasta un máximo de 4 pulgadas.
El área de las tuberías que puede ser ocupada por los conductores se
encuentra en la tabla 4 del capítulo 9 del CEN, Dimensiones y área porcentual
de los tubos y tuberías, igualmente en el apéndice I se encuentra la tabla que
indica la cantidad de conductores máximos en los distintos tamaños de tuberías
tipo EMT, de acuerdo al porcentaje de ocupación permisible.
5.1.2. Tuberías tipo PVC
Al igual que las tuberías tipo EMT, estas tuberías también son utilizadas en
canalizaciones embutidas, se clasifican como no metálicas y tienen la
propiedad de ser autoextinguible, resistente al aplastamiento, humedad y a
ciertos agentes químicos. En cuanto a las tablas referenciales concernientes a
la capacidad máxima de ocupación de la canalización estas se encuentran en
el apéndice I.
5.1.3. Tuberías tipo “Conduit” (IMC)
Estas tuberías se utilizan por lo general en instalaciones a la vista, las cuales
requieren de diversos elementos de sujeción tales como, abrazaderas o
estructuras de soporte. El artículo 360 del CEN explica todas las disposiciones
generales respecto este tipo de tuberías, tales como su uso, instalación y
especificaciones de fabricación.
Los diámetros de este tipo de tubería están establecidos dentro del mismo
rango que para las tuberías tipo EMT. En el apéndice I se encuentra la
13
información relacionada al área de ocupación porcentual de las tuberías y la
cantidad máxima de conductores de acuerdo a su calibre.
5.2. Bandejas para cablesUn sistema de bandejas es un conjunto de unidades o secciones que junto a
sus accesorios conforman una estructura rígida para soportar cables, existen
abiertas o cerradas modelo escalera con fondo de metal expandido o metálico,
representando un elemento importante en las canalizaciones
En cuanto al número de conductores, el CEN indica en el artículo 366.6, que no
tendrán más de 30 conductores de potencia y que la suma de las secciones
transversales de los conductores contenidos no supere el 20% de la sección
transversal interior del canal metálico.
Las extensiones de los canales metálicos con tapa se harán con los siguientes
tipos de tubo: metálico rígido, metálico flexible, metálico intermedio, eléctrico
metálico (EMT), canalizaciones metálicas de superficie o cable metálico
blindado.
5.3. Cajas de paso y cajetinesSon los elementos utilizados para prevenir derivaciones y empalmes de
conductores de manera insegura, hacia las conexiones de éstos con las
protecciones, interruptores para iluminación, tomacorrientes, maniobras. Dichos
elementos se ubican al final y en medio de los circuitos, en cuanto al material y
dimensiones requeridas se encuentran especificadas en el CEN en la sección
314. Por lo general, las cajas deben tener un 40% del espacio interior libre.
6. Selección de proteccionesLos dispositivos de protección son necesarios para preservar la vida útil de los
equipos e instalaciones eléctricas ante fallas que puedan ocurrir en el sistema,
es por esto que hacer una correcta selección de éstos proporcionará un buen
servicio y seguridad en el mantenimiento de los equipos.
Las protecciones a utilizar son interruptores automáticos, están diseñados para
operar el circuito en circunstancias anormales de corriente, el disparo se
produce para un cierto valor de corriente. Existen dos tipos de estos
interruptores, electromagnéticos en aire y termomagnéticos en caja moldeada.
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Los interruptores electromagnéticos son utilizados en subestaciones y tableros;
y los termomagnéticos son instalados a nivel residencial, comercial, industrial,
etc. Los termomagnéticos son diseñados para un tiempo fijo de disparo.
7. TablerosLos tableros cumplen la función de recibir la energía eléctrica y distribuirla por
medio de conductores a las cargas de los circuitos derivados, éstos se
protegen individualmente para sobrecorrientes y cortocircuito por medio de
fusibles o interruptores termomagnéticos.
Los diferentes tipos de tableros son :
7.1. Tablero de alumbrado tipo NLABUtilizado para la protección y corte de circuitos de iluminación, tomacorrientes y
cargas menores como pequeños equipos de aire acondicionado, máquinas de
oficinas, etc. Sus características principales son:
Barras principales: 225 A máx
Tensión de trabajo: 240 / 120 VAC @ 60 Hz
Servicio: 3Ф (4 hilos), 2Ф (3 hilos) y 1Ф (2 hilos).
Capacidad de cortocircuito: 10 kA Icc (RMS) @ 240 VAC
Número de circuitos: 12, 18, 24, 30, 36 y 42
7.2. Tablero de alumbrado y distribución NAB:
Utilizado para la protección y corte de circuitos de iluminación y pequeñas
cargas de alimentadores que posteriormente son protegidos por otros
dispositivos, como arrancadores, seccionadores, etc. Normalmente alimentan
circuitos ramales de: maquinarias de pequeñas potencias, las cuales poseen
en forma integrada su panel de control. Sus características principales son:
OBarras principales: 400 A máx
oTensión de trabajo: 240 / 120 VAC @ 60 Hz
oServicio: 3Ф (4 hilos) y 2Ф (3 hilos)
oCapacidad de cortocircuito: 65 kA Icc (RMS) @ 240 VAC
oNúmero de circuitos 12, 18, 24, 30, 36 y 42
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7.3. Tablero de alumbrado y distribución tipo NHB
Su utilización y características son similares al tablero NAB, lo que los
diferencia es que éste trabaja con una tensión de 480/277 VAC y su capacidad
de cortocircuito es de 25 kA Icc (RMS) @ 480 VAC y de 18 kA Icc (RMS) @
600 VAC.
7.4. Tablero de distribución tipo CELDAS o CDEP-1:Su utilización, básicamente es la misma que las del NHB, la diferencia es que
la capacidad de corriente es mucho mayor, las barras principales son de 600 A
máx, y su tensión de operación es 480 VAC @ 60 Hz.
8. Centro de Control de Motores (CCM)Es un tablero utilizado para instalar los componentes del alimentador de los
motores y de sus circuitos derivados, además de sus protecciones
correspondientes. Es importante para que los motores de una instalación o de
una zona se alimenten en forma centralizada, de manera que un solo operador
pueda controlar fácilmente todo un complejo donde se encuentran los mandos,
protecciones e instrumentos de medición.
Para diseñar un CCM, se debe elaborar una lista indicando los siguientes datos
de cada motor: potencia (HP o kW), total de unidades, demanda total, tensión
de operación y corriente nominal a plena carga. Para corriente de arranque de
motores el CEN especifica en su artículo 430 todo lo referente a este punto.
9. Cuarto de medidores
Los cuartos de medidores son los espacios utilizados para la ubicación de los
módulos de medición, que a su vez incluyen todos los equipos del sistema de
medición y de protecciones necesarias del sistema eléctrico. Se debe
garantizar libre acceso para la compañía eléctrica encargada de realizar la
medición.
Estos centros deben estar separados de depósitos de basura, tuberías o
centros de medidores de gas, depósitos de materiales combustibles, depósitos
de productos químicos inflamables, ambientes de alta contaminación industrial.
No deben obstaculizar vías de escape o emergencia.
16
10. Principios básicos de distribución de media tensiónUn sistema de distribución está conformado por diversos componentes, la
acometida principal de llegada de la compañía de servicio, las protecciones
necesarias en todo el sistema, los transformadores distribuidos alrededor del
inmueble para obtener la tensión a la que se desea realizar la distribución
interna en baja tensión, en caso de tener sistemas preferenciales o de
emergencia se debe considerar la utilización de plantas de emergencia para
suplir la carga en caso de falla
10.1. Acometida principalLa acometida principal es suministrada por la compañía de servicio y se
encarga de entregar energía eléctrica desde un sistema de suministro eléctrico
al sistema de cableado del centro de consumo. Estos conductores son de tipo
subterráneo o aéreo y debe contar con el aislamiento de acuerdo al nivel de
tensión de servicio además de la protección para las condiciones atmosféricas
a las que se encuentre expuesto.
10.2. Protección contra sobrecorrienteSegún el artículo 230.90 del CEN todos los conductores activos se deben
proteger contra sobrecorrientes por cualquiera de estos procedimientos:
• Relé de sobrecorriente y transformadores de corriente: debe existir como
mínimo tres:
• Fusibles: debe haber un fusible en serie con cada conductor activo.
• También en el artículo 230.71 especifica los casos en que se utilizarán
los siguientes dispositivos de interrupción de circuitos:
• Interruptores automáticos.
• Fusibles de potencia y portafusibles.
• Cortacorrientes y fusibles de alta tensión- tipo expulsión.
• Cortacorrientes en aceite.
• Interruptores de carga.
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10.3. Transformadores de Distribución
Los transformadores de distribución son transformadores reductores,
convierten la tensión del sistema de distribución primario a un valor menor
deseado, el cual se conoce como tensión de utilización.
Estos se encuentran entre los alimentadores primarios en media tensión
conectados a través de un fusible primario, que se encarga de
desconectar en caso de una falla en el transformador o un cortocircuito, y
el sistema de distribución secundario (circuito derivador) que puede estar
protegido igualmente por un fusible o por interruptores de los circuitos
secundarios. En la siguiente figura se ilustra el esquema del sistema eléctrico.
11. Sistemas de emergenciaEstos sistemas están diseñados para suministrar energía automáticamente y/o
mediante accionamiento voluntario a determinadas cargas críticas y equipos en
caso de falla del suministro normal o en caso de falla de elementos del sistema
diseñado para suministrar, distribuir y controlar la fuerza e iluminación
indispensables para la seguridad de la vida humana.
Entre los requisitos de estos sistemas, el suministro de energía debe ser tal
que, en caso de falla del suministro normal de los suscriptores, el alumbrado, la
energía de emergencia o ambos, estén disponibles dentro del tiempo requerido
para tal aplicación, que en todo caso, no debe exceder de 10 segundos.
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Existen varios tipos de Fuentes de alimentación entre las cuales se puede
mencionar: Baterías, Grupo Generador, Fuente de alimentación
Ininterrumpible, Acometida separada.
11.1. BateríasLas baterías instaladas como fuente de alimentación para sistemas de
emergencia deben ser de régimen y capacidad adecuados para suministrar y
mantener la carga total, durante un periodo de por lo menos una hora y media,
sin que la tensión eléctrica aplicada a la carga caiga por debajo de 87,5% de lo
normal.
Las baterías, ya sean de tipo ácido o alcalino, deben estar diseñadas y
construidas para servicio de emergencia, sólo en el caso de las baterías
plomoácido que necesitan la adición periódica de agua, deben estar provistas
de envases transparentes o translúcidos; las baterías de uso automotriz no
están calificadas para esta utilidad. Adicionalmente, se debe proveer un medio
de carga automática de las baterías y ser compatibles con el tipo de cargador
de la instalación particular.
11.2. Grupo GeneradorEl Grupo Generador debe poseer los medios necesarios para el arranque
automático de la fuerza motriz cuando falle el servicio normal, y para la
transferencia y operación automática de todos los circuitos eléctricos
requeridos, en caso de que la planta de emergencia tarde más de diez(10)
segundos para generar energía se provee una fuente auxiliar que alimente los
servicios críticos hasta que ésta asuma la carga.
Cuando se use como fuerza motriz un motor de combustión interna, debe
proveerse la cantidad suficiente de combustible para el funcionamiento del
sistema por un lapso no menor de dos horas a plena carga, ya que no debe
depender exclusivamente del servicio público para la alimentación de
combustible, o de la fuente de agua municipal para el enfriamiento del sistema.
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Se deben proveer medios para transferir automáticamente de un suministro de
combustible a otro, cuando se use doble alimentación.
Arreglo básico de Generador de Emergencia y Switch de Transferencia
11.3.Fuente de alimentación interrumpible
Estos equipos (UPS) deben cumplir con las condiciones establecidas para las
baterías y grupo generador.
11.4. Acometida separadaEn el caso de que la empresa suministradora de energía lo permita se puede
utilizar una acometida eléctrica para uso de emergencia de tipo aérea o
subterránea, y debe estar suficientemente separada de la acometida del
servicio normal para disminuir la posibilidad de una interrupción simultánea del
suministro.
12. Principios de puesta a tierra.Este sistema se basa en la conexión física entre las partes metálicas de un
equipo eléctrico y tierra, de esta forma se limita la tensión en las partes
metálicas de los equipos para evitar que alcancen valores peligrosos para la
vida de un ser humano, además de evitar el acumulamiento de cargas
electrostáticas que podrían provocar explosiones. Adicionalmente, la conexión
de puesta a tierra crea un camino de baja impedancia para el drenaje de la
corriente, en el caso que se presente falla de aislamiento del equipo.
Existen varios tipos de puesta a tierra:
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12.1. Electrodos de tierra
Barra conductora enterrada usada para reunir o disipar la corriente a tierra, la
cual debe poseer no menos de 2,4 m de longitud y sección comercial 5/8
pulgadas (15,78 mm de diámetro) y el extremo superior del electrodo debe
quedar a nivel del piso a menos que esté protegido contra daño físico. Los
electrodos de hierro o acero deben tener una superficie exterior galvanizada o
revestida de cualquier otro metal que lo proteja contra la corrosión.
12.2. Rejilla o red de tierraEs un arreglo horizontal de electrodos interconectados que proporciona un
punto común de tierra para dispositivos eléctricos o estructuras metálicas
12.3. Placa de tierraConsiste en una lámina sólida metálica que a menudo se coloca en sitios pocos
profundos encima de una red de tierra o en otra parte de la superficie, con el
propósito de obtener una medida extra de protección minimizando el daño de la
exposición a altas tensiones de paso y de contacto en áreas críticas de
operación o en áreas que son frecuentemente transitadas. Una forma común
de la placa de tierra es una malla de cable puesta directamente bajo la piedra
picada, cada electrodo de placa debe tener una superficie útil de contacto con
el suelo de al menos 0,2 m2. Los electrodos de hierro o de placa de acero
serán de un espesor mínimo de 6 mm, mientras que los electrodos de metales
no ferrosos serán de un espesor mínimo de 1.5 mm.
12.4. Anillo de tierraUn anillo de tierra consiste en un conductor de cobre desnudo no menor al
calibre N° 2, de longitud no menor a 6 m, enterrado en contacto directo con el
suelo a no menos de 80 cm del nivel del terreno y que rodee el inmueble o
estructura-
En cuanto a las tuberías metálicas de gas y los electrodos de aluminio no están
permitidos para ser utilizados como electrodos de puesta a tierra.
21
CAPITULO II: MANUAL DE DISTRIBUCION ELECTRICA
Los requerimientos de diseño varían según el tipo de instalación proyectada ya
sea residencial, comercial e industrial. En este manual se plantean los criterios
de diseño a considerar en una instalación eléctrica industrial para el desarrollo
de un proyecto nuevo o remodelación.
El manual consta de formularios que permiten recopilar la información
necesaria para aplicar los criterios de diseño que se señalan en el mismo.
Adicionalmente se desarrolló una herramienta básica con el software Microsoft
Office Excel que permite realizar los cómputos métricos elementales para el
cálculo y selección del calibre del conductor de las fases considerando los
diferentes criterios, conductor del neutro y de puesta a tierra, y la selección de
los dispositivos de protección. Así mismo se cuenta con una herramienta para
el cálculo de la cantidad de luminarias en cierta área según el nivel de
iluminación requerido.
1. Descripción de la plantaEs necesario identificar la producción de la planta para establecer las
necesidades y las limitantes o restricciones en cuanto al diseño del sistema
eléctrico. Además se requiere conocer el uso de los ambientes, la ubicación
geográfica y las dimensiones de la construcción.
Se debe contar con el plano del diseño arquitectónico, en el que se muestra la
estructura de la planta, ésta puede sectorizar en líneas generales de la
siguiente manera: un área de producción, control de calidad, almacén, oficinas,
servicios básicos, servicios críticos, áreas exteriores y otras áreas comunes
22
como pasillos, etc., pero esto dependerá exclusivamente del plano con el
diseño arquitectónico
Una vez que se conocen los equipos a utilizar y su ubicación dentro de la
planta se establecen las necesidades del servicio eléctrico.
2. Identificación de las zonasEs importante dividir el área de trabajo en sectores para facilitar los cómputos,
asignándole un código de identificación (ID) a cada área rectangular según la
distribución espacial en el plano, pensando en el cálculo de las luminarias que
se explicará más adelante.
Adicionalmente se recomienda identificar el tipo de carga presente por zona,
por ejemplo, en el área de oficinas los tipos de carga por sistema más comunes
son: iluminación, tomacorrientes y si existe algún equipo que requiera un
sistema de energía de respaldo se incluye en las cargas esenciales.
3. Clasificación de las zonasEn el CEN desde la sección 500 hasta la 504 se cubren los requisitos para los
equipos eléctricos, electrónicos y el cableado para todas las tensiones, en las
zonas donde pueda existir riesgo de incendio o explosión debido a la presencia
de gases o vapores inflamables, líquidos inflamables, polvos combustibles,
fibras o partículas inflamables en suspensión.
3.1. Zonas Inflamables
El resumen de la clasificación de las zonas según las sustancias inflamables
presentes en un espacio se presenta en la tabla V que se muestra a
continuación:
Clasificación de zonas según las sustancias inflamables presentes
Grup
o
Clase I (Gases) Clase II (Polvos)
A Acetileno.
BHidrógeno, Óxido de Etileno,
Óxido de Propileno.C Éter, Sulfuro de Hidrógeno.
DMetanol, Acetona, Bencina,
Gasolina, Naphta.E Polvos metálicos (todos los metales).
23
F Polvos carboreos: carbón, asfalto,
etc.GPolvos no conductores: grano,
medicinas, pesticidas, plásticos.División 1: Zona de alto riesgo, ambiente en el cual existen condiciones de
inflamabilidad con alta frecuencia.
3.2. Clase de TemperaturaLos equipos serán marcados con la clase de temperatura con referencia a una
temperatura ambiente de 40 °C (mostrada en la tabla 500.8(B) del CEN). Los
equipos para Clase I y II serán marcados con la temperatura máxima de
operación segura determinada por la exposición simultánea a las condiciones
Clase I y Clase II.
Temperatura
Máxima
Clase de
Temperatura
450 T1300 T2280 T2A260 T2B230 T2C215 T2D200 T3180 T3A165 T3B160 T3C135 T4120 T4A100 T585 T6
24
Temperatura Clase I:
La marcación de temperatura especificada en 500.8(B) no debe exceder la
temperatura de ignición del gas o vapor específico que pueda encontrarse.
3.3. Determinación del nivel de tensión de alimentaciónEn función de la ubicación geográfica de la industria se establece la empresa
suplidora de energía y el nivel de tensión ofrecido. La tensión de distribución se
establece considerando que para entregar la misma potencia se puede variar la
tensión y la corriente, siendo lo mas recomendable subir el nivel de tensión
para disminuir la corriente y en consecuencia el calibre del conductor,
reduciendo los costos en el diseño dado que el ahorro en conductores a ser
dispuestos como alimentadores es considerable.
El nivel de tensión más común es de 208/120 V y el siguiente es 480/277 V. Es
importante tomar en cuenta los tomacorrientes para uso general establecidos
en 120 V y las tomas de uso especial en función de las cargas a conectar. En
caso de que exista algún equipo que requiera otro nivel de tensión, se sugiere
distribuir a una tensión elevada para evitar mayores perdidas en el conductor,
pues la relación viene dada por el producto de la resistencia del mismo por el
cuadrado de la corriente (R x I2), y utilizar un equipo de transformación para
cumplir con el nivel requerido.
3.4. Estimación de la demandaSe puede registrar de la siguiente manera realizando la estimación de la carga
por sistema:
3.4.1. Alumbrado
Para la estimación de la demanda, se precisan las especificaciones de las
luminarias según el tipo, los cuales se muestran en la tabla VIII y se destacan
entre las más comunes del tipo fluorescente e incandescente; siendo altamente
recomendadas para el alumbrado interior las lámparas fluorescentes con
balastos electrónicos. También se señala la tensión de alimentación a la cual
funciona, potencia consumida y dimensiones. Por lo general las luminarias
deben tener un alto rendimiento en lúmenes por vatios y alta eficiencia para el
ahorro de energía.
25
Tipo de Lámpara
Eficacia
Lumino
sa
Promedio de
Vida Útil
Tiempo de
Encendido
Incandescent
es
Con 10 - 20 1.000 -Al
Vací7,5 - 11
Halógenas 18 - 22 2.000 -Flourescentes 38 - 91 (*) 12.500 2 - 3 seg
Compactas 50 - 82 10.000 1 segMercurio Alta Presión 40 - 63 (*) 24.000 5 - 7
Metal Halide 75 - 95 (*) 12.000 4 - 6Luz Mixta 19 - 28 (*) 12.000 3 - 4
Sodio Baja Presión 100 - 183 (*) 18.000 2 - 4Sodio Alta Presión 70 - 130 (*) 24.000 3 - 4
(*) = Utilizan equipos auxiliares ( Balastos, Condensadores e
Ignitores )
Los detalles del cuarto que se precisan son las dimensiones: alto, largo y
ancho, lo que incluye a su vez área de la superficie. Se recomienda dividir el
espacio en áreas rectangulares para lograr una mejor aproximación.
Tareas y Clases de Local Iluminancia Media en
Servicio (LUX)Zonas Generales de Edificios Mínim RecomendZona de Circulación, Pasillos 50 100Escaleras, Roperos, Lavabos, Almacenes y 100 150OficinasOficinas Normales, Mecanografiado, Salas de
Proceso de Datos, Salas de Conferencias.Grandes Oficinas, Salas de Delineación, CAD /
CAM / CAEIndustrial (En General)Trabajos con Requerimientos Visuales Limitados 200 300Trabajos con Requerimientos Visuales Normales 500 750Trabajos con Requerimientos Visuales 1.000 1.500
26
(*) Iluminancia media por zona
Formulario para el cálculo de luminarias por zona
3.4.2. Tomacorrientes
La estimación de las salidas de tomacorrientes y su ubicación se clasificarán
según su uso de acuerdo a lo mencionado en la sección 210.52 del Código
Eléctrico Nacional.
Área de cocina
En el área de cocina y comedor está estipulado dos o más circuitos de 20 A
(Artículo
27
220.4 (B) CEN) para las salidas de tomacorrientes de pequeños artefactos a
las que se refiere el artículo 210.52 (A) y (C) y adicionalmente para los equipos
de refrigeración. Existe una excepción a dicho artículo que permite que la
salida para los equipos de refrigeración reciba corriente de un circuito ramal
independiente de 15 A nominales o más.
Cuartos de baño
Se debe instalar por lo menos una salida para tomacorrientes en pared, cerca
de cada lavamanos, éstas deben estar alimentadas al menos por un circuito
ramal de 20 A. Estos circuitos no tendrán otra salida y deben ofrecer protección
a las personas mediante interruptor contra fallas a tierra.
Área de lavandería
En esta área se debe instalar como mínimo una salida para tomacorrientes
para lavadora y se considera no menos de 180 VA por cada tomacorriente
simple o múltiple.
Pasillos
Deben tener por lo menos una salida por cada tres (3) metros de longitud del
pasillo sin pasar por ninguna puerta.
Los circuitos ramales para tomacorrientes serán de 15, 20, 30, 40 y 50 A y
dependerá de la capacidad amperimétrica del conductor seleccionado,
apartado 210.3 [1]. Los circuitos ramales mayores a 30 A serán destinados
para industrias o comercios, no deben ser utilizados para unidades de vivienda.
A excepción de lo expuesto anteriormente para los circuitos ramales para
pequeños artefactos, el cálculo para tomacorrientes se hace considerando no
menos de 180 VA por cada tomacorriente simple o múltiple, cuando son más
de cuatro tomacorrientes en una pieza se considera como mínimo 90 VA por
tomacorriente, apartado 220.3(B)(9) [1]. Adicionalmente se considera una carga
unitaria de 11 VA por cada metro cuadrado para salidas de tomacorriente de
uso general cuando se desconozca el número real de tomacorrientes.
La ubicación de los tomacorrientes, cuando se considere poco probable el uso
simultáneo de ciertos número de artefactos, será asumida una separación de
28
1,5 m entre las salidas, en cambio cuando la posibilidad sea alta, las salidas se
ubican cada longitud de 30 cm según lo indicado en el artículo 220.3 (B)(8) [1].
Sabido esto a continuación se presenta un formulario en el que se especifica la
cantidad de tomacorrientes por área según las necesidades de la zona y
tomando en cuenta los equipos a conecta
3.4.3. Cargas esenciales
Por ser cargas de vital importancia es imprescindible mostrar el grado de
continuidad de servicio requerido. La determinación de las cargas esenciales
en una planta industrial va directamente relacionada con los procesos o
actividades que no pueden interrumpir su servicio, para los tableros de 208/120
V tenemos las siguientes: Tomacorrientes de uso general, tomacorrientes para
computadoras, tomacorrientes de uso especial dedicados a equipos
específicos, nevera, microondas.
Para los tableros en 480/277 V se toman en cuenta las cargas especificadas a
continuación: iluminación de emergencia con sus respectivos balastos,
unidades de manejo de aire y transformadores de servicios preferenciales
entre otros.
3.4.3.1. Iluminación de emergencia
La iluminación de emergencia es un factor fundamental en toda instalación y
debe cumplir con ciertos criterios establecidos por el Código Eléctrico Nacional,
deben estar incluidas las siguientes cargas, la iluminación de emergencia de
pasillos y escaleras, iluminación de las salidas de emergencia, señales
luminosas de salidas, y demás luces que se consideren necesarias para
garantizar la seguridad de la instalación, según apartado 700-16 del CEN.
Por lo general se utiliza la tercera parte de los circuitos de iluminación general
para emergencia, de ser así es importante conocer el tipo de luminaria a
utilizar, la cual fue establecida anteriormente, para verificar el tiempo mínimo de
encendido, ya que según las normas del CEN se exige que sea antes de 10
segundos y en algunos casos por ejemplo las luminarias del tipo metal halide
requieren de un tiempo mínimo para volver a encender, superior al indicado.
29
Por tal razón, si el sistema de iluminación normal consta de lámparas de
descarga de gran intensidad, tales como las de vapor de sodio o mercurio de
alta y baja presión o las de halógenos, el sistema de iluminación de emergencia
debe funcionar hasta que se restablezca totalmente la iluminación normal.
Las luminarias de emergencia se consideran como servicio crítico por lo que
necesitan fuente de alimentación alterna como baterías, planta generadora o
sistema de potencia in-interrumpible.
3.4.4. Reservas
Se especifica la carga estimada para reserva, tanto actual como para
expansión futura, incluyendo el tipo de carga. Esta previsión garantiza que las
revisiones hechas posteriormente sean sencillas, y las reformas no acarreen un
incremento en el costo inicial calculado para la instalación, dado que es
frecuente la modificación de los datos de la carga por compra de equipos
determinados con valores nominales diferentes a los asumidos en un principio.
Por lo general en cada tablero de distribución se deja 20% de la carga total en
amperes destinada para salidas de reserva.
3.5. Determinación de la distribución y locación de los tableros eléctricos
La ubicación de los tableros se debe establecer según el tipo de tablero, tablero
principal y secundario, siempre considerando las condiciones ambientales del
lugar ya que debe ser un lugar seco, en caso contrario debe cumplir con el
grado de protección IP según las condiciones en las que se encuentre, en el
apartado 408.9 del CEN se indica que los tableros utilizados en lugares
húmedos o mojados son los CFD para cumplir con lo establecido en 312.2(A).
En el apéndice I se encuentra una tabla con las especificaciones de este tipo
de tablero. Otra consideración, cuando están ubicados cerca de materiales
fácilmente combustibles, deben ser instalados donde se reduzca la
probabilidad de propagar fuego a materiales combustibles adyacentes y
cuando éste no sea totalmente cerrado conservar una distancia desde la parte
superior del gabinete hasta cualquier techo combustible no inferior a 900 mm (3
pies), excepto si se instala una pantalla no combustible entre el gabinete y el
techo, apartado 408.7 y 408.8(A).
30
Por otro lado, debe ser un espacio de fácil acceso y alejado de otras
instalaciones como la del agua, gas o teléfono. Los tableros deben estar
identificados como mínimo con los siguientes datos: fabricante responsable,
nivel de tensión e intensidad de corriente de cortocircuito máxima; así mismo
los circuitos del tablero y las modificaciones de los circuitos deben ser
identificados de manera legible en cuanto a su finalidad o uso, en un directorio
situado en la parte frontal o interior de la puerta de un panel de distribución y
en cada suiche si se trata de tableros de distribución.
3.5.1. Tablero principal
Debe estar cerca de la acometida principal de alimentación, en un cuarto con
las condiciones adecuadas de seguridad.
El cuarto donde se encuentre el tablero principal debe cumplir con ciertos
requisitos mínimos, dimensiones del local y el número de salidas, la puerta del
cuarto debe abrir hacia fuera del mismo para no ser un obstáculo en su interior
y estar identificada con caracteres de fácil visualización, así mismo el nivel de
iluminación mínima debe ser de 200 lux a un plano de trabajo de 1 m del nivel
del piso, y el sistema de iluminación debe considerarse como un sistema de
energía de emergencia.
El número de salidas del cuarto vienen dadas por el largo del tablero el cual
está identificado por la letra “a” y se calcula de la siguiente forma:
Acceso frontal = (a/5) + 1
Acceso frontal y posterior = 2 (a/5)
3.5.2. Tableros secundarios
Estos tableros deben estar ubicados en lugares de fácil localización y en una
locación central cerca del punto de concentración de la carga para reducir los
niveles de caída de tensión en los circuitos derivados, así como también por
medida de seguridad a la hora de cualquier incidente.
31
En el caso de que el espacio más adecuado sea un pasillo por la cercanía a las
cargas, debe tener en la parte frontal del tablero un espacio mayor o igual a 1
m para que permita realizar maniobras.
3.6. Selección del calibre de los alimentadores
Para la selección del calibre se debe considerar el tipo de aislamiento del
conductor, los más utilizados en el interior son tipo THW (Thermoplastic vinyl
insulated building wire, moistuire and heat resistant), que poseen la propiedad
de ser resistentes a la humedad y al fuego. Su temperatura máxima de servicio
según el CEN en la tabla 310.13 de aplicaciones y aislamientos de estos
conductores es de 75 °C y su tensión máxima es de 600 V. Están diseñados
para ser instalados en ambientes secos o húmedos, colocados dentro de tubos
embutidos o sobrepuestos o directamente sobre aisladores.
Otro tipo de conductores muy utilizados son los TTU (por sus siglas en inglés
Thermoplastic Insulation, Thermoplastic Jacket, Underground), en su mayoría
son instalados en exteriores, en ambientes húmedos, especialmente en líneas
subterráneas, en tuberías, bandejas portacables o directamente bajo tierra, en
agua y a la intemperie sin exponerse a los rayos solares. Se pudo observar que
en el CEN no aparece listado, siendo un conductor de alta preferencia en el
mercado actual por sus propiedades. Este tipo de cable está certificado por la
norma UL 1581 (Standard for Flexible Metal Conduit) de Underwriters
Laboratories Inc, referencia muy utilizada en la Comunidad Europea.
Según el Código Eléctrico Nacional los alimentadores e interruptor principal
para las cargas de iluminación deben ser calculados para suministrar energía a
todas las cargas conectadas sin aplicar ningún factor de demanda y
considerando adicionalmente un 20% para cargas futuras o reservas.
Para la selección del calibre de los alimentadores se deben considerar dos
criterios para realizar el cálculo, el criterio de ampacidad y el de caída de
tensión. Una vez arrojado el resultado por cada uno de estos se debe escoger
el calibre que cumpla con estas exigencias de manera que no se viole ningún
requerimiento.
32
3.6.1. Criterio de capacidad de corriente
Cuando se alimenta a un motor en forma individual la capacidad de conducción
de corriente de los conductores del circuito debe ser al menos 125% de la
corriente a plena carga o nominal del motor. En el caso de que se alimente más
de un motor la capacidad de corriente del conductor es la suma de 1,25 veces
la corriente a plena carga del motor mayor más la suma de las corrientes a
plena carga del resto de los motores.r.
3.6.2. Fuerza
Aire Acondicionado y Ventilación: Dado que este sistema
representa por lo general un porcentaje alto de la carga total
de la instalación, es importante incluir las características
eléctricas (tensión, número de fases, etc.) y el lugar donde se
encuentra ubicado. Para estos equipos el factor de demanda
es del 100%.
Equipos Hidroneumáticos: Para estos equipos además de
indicar todos lo motores que integran el sistema, es
conveniente mostrar el régimen de trabajo a fin de determinar
la simultaneidad del funcionamiento en los equipos.
A continuación se muestra el formulario para la estimación de la carga de
los equipos de fuerza y se procede de igual forma que para los casos
anteriores aplicando los factores de demanda que corresponda.
3.6.3. Criterio de capacidad de corriente
Cuando se alimenta a un motor en forma individual la capacidad de conducción
de corriente de los conductores del circuito debe ser al menos 125% de la
corriente a plena carga o nominal del motor. En el caso de que se alimente más
de un motor la capacidad de corriente del conductor es la suma de 1,25 veces
la corriente a plena carga del motor mayor más la suma de las corrientes a
plena carga del resto de los motores.
3.7. Selección de la canalizaciónLos tipos de canalizaciones más empleadas son las tuberías, las bandejas
portacables y los ductos.
3.7.1. Tuberías
La instalación de estas canalizaciones puede ser de dos tipos, embutidas o a la
vista. El factor fundamental para seleccionar la tubería es el espacio libre
33
necesario para disipar el calentamiento de los conductores, éste viene dado por
el factor de relleno que se expresa en la tabla XXV (tabla 1 del capítulo 9 del
CEN) y establece una relación entre el área transversal del conductor y la
tubería.
3.7.2. Selección de protección para motores
Lo concerniente a la selección de protecciones para motores de cumplimiento
obligatorio está especificado desde la sección 430.1 a la 430.145 del CEN.
Los dispositivos de protección contra sobrecarga protegen a los motores y sus
componentes asociados, contra una sobrecorriente de funcionamiento que si
se mantiene por un período de tiempo suficientemente largo podría causar un
calentamiento excesivo y/o daños en el aparato.
A continuación se presenta una tabla resumen para los distintos tipos de
motores, capacidad y características para determinar su dispositivo de
protección contra sobrecarga.
Tipo de
motor y
capacidad
Características Corriente de
diseño
Servicio continuo
> 1 HP
Motores con factor de servicio no
menor a 1.15 (Corriente nominal)Id = 125% In
Motores con temperatura no mayor de
40 ºC
Id = 125% In
Todos los demás motores Id = 115% In
Con protector
térmico
integrado
Motores con corriente no mayor de 9 Id = 170% InMotores con corriente entre 9 y 20
Amp.
Id = 156% InMotores con corriente mayor de 20 Id = 140% In
Con arranque
automático
< 1 HP
Motores con factor de servicio no mayor Id = 125% InMotores con temperatura menor de 40
ºC
Id = 125% InTodos los demás motores Id = 115% In
N° de
conductores
Porcentaje de
ocupación1 53%
2 31%
más de 2 40%
34
Corriente de diseño del dispositivo de protección contra sobrecarga del
motor
3.8. Selección de los tableros eléctricos
• Cada tablero debe tener una capacidad nominal no menor que la
capacidad mínima del alimentador.
• Es importante considerar para los tableros eléctricos espacios de
reserva a la razón de uno por cada cinco circuitos en uso o fracción.
• Una limitante existente para los tableros es el número máximo de
dispositivos de sobrecorriente permitidos que resulta ser 42.
• Los tableros se pueden clasificar según la protección que ofrecen, en el
apéndice I se presenta la tabla con la clasificación NEMA.
En la tabla XXVIII se presenta la hoja de tableros que posee las
especificaciones del mismo.
3.9. Selección de los sistemas de transformaciónEn las instalaciones eléctricas usualmente se tienen transformadores de
distribución que por lo general poseen tipo de aislamiento en aceite conocidos
como Pad Mounted que son los encargados de alimentar el circuito secundario;
y los transformadores de baja capacidad que están destinados a cubrir los
sistemas que operan a una tensión diferente del circuito secundario como
tomacorrientes o cargas particulares, para este caso se utilizan
transformadores del tipo seco cuyo mecanismo de enfriamiento es el aire.
Comúnmente el nivel de tensión que manejan estos transformadores es en el
lado primario es de 480 /277 V y en el secundario 208 / 120 V.
35
3.10. Selección del sistema de emergenciaUn factor importante a considerar a la hora de escoger el tipo de fuente de
alimentación es el tiempo de respaldo requerido según la clase de servicio que
se necesite y el grado de confiabilidad del sistema de suministro de energía de
emergencia. En cualquier caso el sistema debe poseer los medios automáticos
para transferir en caso de que falle la energía de la red.
36
Tabla XXXII. Tipos de Sistemas de Emergencia y sus consideraciones
Tiempos Mínimos Requeridos Baterías Grupo Generador Sistema
Potencia Ininterrumpida Acometida separada
Tiempo de respaldo≥ 90 min ≥ 90 min -
Tiempo de interrupción ≤ 10 seg -
Si el sistema de emergencia escogido supera el tiempo mínimo de interrupción
del servicio se requiere una fuente auxiliar hasta que el equipo tome la carga.
Usualmente cuando el tiempo de respaldo requerido es alto y la carga a
respaldar es elevada se recomienda un grupo generador el cual se dimensiona
seleccionando la carga crítica y se escoge el siguiente valor normalizado
aproximando hacia arriba. Si es necesario se coloca un UPS (Sistema de
Potencia Ininterrumpida) para respaldar las cargas más críticas en las que el
tiempo de interrupción deba ser menor a 10 segundos.
37
CAPITULO III: APLICACIÓN DE LA DISTRIBUCION ELECTRICA EN UNA PLANTA FARMACEUTICA
1. Descripción de la planta
El objetivo del caso estudio es ilustrar los criterios de diseño utilizados en el
manual de instalaciones eléctricas industriales con fines prácticos.
La planta industrial farmacéutica VENFARPA está destinada a la producción de
fluidos terapéuticos. El edificio está ubicado en la zona industrial de La Fría,
estado Táchira y posee un área total de 7.215 m2 conformado por dos plantas:
Planta baja: posee una superficie de 4.415 m2 y se encuentra
estructurada con las siguientes áreas: producción, oficinas, control de
calidad y/o laboratorios, servicios básicos y almacenes, siendo este
último de doble altura y con una superficie de 1.600 m2, mientras que el
resto de las áreas poseen sólo un nivel.
Piso 1: se encuentran las áreas de servicios críticos, oficinas, descanso
y entrenamiento, las cuales poseen un área de 2.800 m2. La ubicación
de dichas áreas está representada en la figura 4 para la planta baja y en
la figura 5 para el piso 1.
Adicionalmente posee un entrepiso de 60 cm de alto destinado para la
distribución de los servicios básicos de la planta.
38
Distribución de las áreas de VENFARPA – Planta Baja
El área de producción posee una superficie total de 1.000 m2 que está
destinada a la elaboración del producto final, por tal razón se encuentran
ubicados la mayoría de los equipos y se cataloga como área limpia
(Cleanrooms), ya que tiene un nivel controlado de contaminación que se
especifica por la cantidad y el tamaño de las partículas presentes en el aire
según la clasificación ISO (ISO5 – ISO 8).
El área de almacenes tiene una superficie de 1.600 m2 a doble altura y está
destinada para el acopio tanto de la materia prima como del producto
terminado.
En el área de servicios básicos se encuentran los siguientes sistemas: agua
potable, compresor de aire, compresor de agua purificada y caldera. Además
se incluye un espacio para el cuarto de tableros de alimentación principal del
sistema eléctrico.
El área de servicios críticos contempla el sistema de agua purificada, aire
acondicionado, extracción y ventilación.
39
Distribución de las áreas de VENFARPA – Piso 1
2. Identificación de las zonasLa asignación del código de identificación (ID) de cada área se realiza con el
plano de la planta dividiendo los sectores en forma rectangular.
3. Clasificación de las zonasLa clasificación de las zonas según las sustancias inflamables presentes
especificada en el CEN no aplica para este caso.
4. Determinación del nivel de tensión de alimentaciónEl nivel de tensión ofrecido por la empresa que abastece de energía a la planta,
en este caso CADAFE, es de 13,8 kV; la distribución se realizará en 480 V
configuración estrella con neutro puesto a tierra, lo que corresponde a 277 V
fase neutro, para las cargas de iluminación, sistemas de fuerza y algunos
tomacorrientes de uso específico, el otro nivel de tensión a utilizar es 208/120
V para tomacorrientes de uso general y ciertos equipos que se alimentan a ese
nivel de tensión.
40
5. Estimación de la demandaLa estimación de la demanda clasificando la carga por sistema se presenta a
continuación:
5.1. AlumbradoLas especificaciones de las luminarias según la zona a utilizar son las
siguientes:
Zonas/
Ubicació
n
Tipo
de
lámpar
a
Clase
seg
uridad
Nivel de
protecció
n
Tensió
n (V)
Potenci
a (W)Lúmene
s
AlmacenesFluorescent
e
I 54 277 3 x
32
3350
OficinasFluorescent
e
I 21277
3 x
32
3350
Producción Fluorescent
e
I 67277
4 x
17
1300
Servicio
s
críticos
Fluorescent
e
I 21277
3 x
32
3350
Laboratorio
s
Fluorescent
e
I 54277
3 x
32
3350
Servicio
s
básico
s
Fluorescent
e
I 54277
3 x
32
3350
Baños
/
Esclus
as
Fluorescent
e
I 20277
2 x
26
1800
Formulario de levantamiento de especificaciones de luminarias
41
A continuación se presenta un ejemplo del cálculo realizado para determinar el
número de luminarias por área según el método del Lumen.
Formulario para determinar el número de luminarias en la zona de
Producción en el área de Llenado
42
Cantidad de luminarias e interruptores en el área de Producción
Código IDZona: Producción
Cantidad
de
luminarias
4x17W
Interruptor
es
277V - 1Φ 2
vía
s
3 vías
12 Esclusa de Personal acceso a 1 1 13 Esclusa de Materia Prima I 1 2 14 Esclusa de Materia Prima II 1 1 15 Pesada y Muestreo 2 1 16 Esclusa de acceso de personal a 2 2 17 Área de Distribución de Personal 4 2 18 Zona de Mezcla y Formulación. 23 1 19 Cuarto de lavado de Mezcla y 1 1 20 Esclusa de acceso de Personal a 2 2 21 Esclusa de acceso de Personal a 2 2 22 Área de Llenado 14 1 23 Zona de Lavado y Preparación. 22 1 24 Esclusa de Materia Prima (III) 3 1 25 Pasillo de almacén hacia Esclusa de 6 2 26 Zona de Recepción de frascos hacia 9 1 27 Zona de Autoclaves 228 Pasillo paralelo a Autoclaves 2 2 29 Zona de Recepción de Frascos 13 2 30 Zona de Inspección Visual y 10 1 31 Esclusa de Materia Prima (IV) 1 1 32 Zona de Embalaje 18 2 33 Baños Damas - zona de cambio 2 2 34 Baños Damas - zona sanitarios 3 2 35 Baños Damas - zona de cambio 2 1 1 36 Baños Damas – lavamanos 1 1 37 Baños Damas - Esclusa de entrada 1 1 38 Baños Caballeros - zona de cambio 2 2 39 Baños Caballeros - zona sanitarios 4 2 40 Baños Caballeros - zona de cambio 2 1 41 Baños Caballeros-Esclusa de 1 1 42 Baños Caballeros – lavamanos 1 1 43 Lavandería 3 1 44 Lava Mopas 1 1
45A Pasillo perimetral de circulación A 7 1 45B Pasillo perimetral de circulación B 9 1 1 45C Pasillo perimetral de circulación C 10 2
43
45D Pasillo perimetral de circulación D 3 1
Una vez definido la cantidad de luminarias por zona se puede realizar el cálculo
de la demanda, en la siguiente tabla se da el resumen de los kW estimados:
Estimación de la demanda del Sistema de Iluminación
Zona Nº de
luminarias
Potencia por
lámpara
Potencia
total
(W)
Oficinas PB
38 3 x 32 W 3.648
8 2 x 26 W 416
Oficinas Nivel 1
101 3 x 32 W 9.696
21 2 x 26 W 1.092
Almacenes
59 3 x 32 W 5.664
61 400 W 24.400
Laboratorios
13 3 x 32 W 1.248
2 2 x 26 W 104
Producción 190 4 x 17 W 12.920
Mantenimiento
13 3 x 32 W 1.248
5 2 x 26 W 260
Servicios básicos 16 3 x 32 W 1.536
Servicios críticos 40 3 x 32 W 3.840
Potencia total del Sistema de Iluminación 66.072
El factor de demanda aplicable al sistema de iluminación según lo indicado en
la tabla del CEN es del 100%, por lo tanto la carga total de iluminación estará
definida por:
kVAIlum = 66kW/0,9 =73,413kVA
44
5.2. Estimación del sistema de tomacorrientesPara estimar la cantidad de tomacorrientes se asignan por área un número
determinado en función de las necesidades de la zona considerando los
equipos a instalar. De igual forma que se hizo el cálculo para el sistema de
iluminación el resumen con la cantidad de tomacorrientes por zonas, en este
caso se asume para los tomacorrientes con tensión superior a 120 V, 300 VA
por tomacorriente.
Cantidad de tomacorrientes para diferentes niveles de tensión en la zona
de Producción
Códi
go Zona: Producción Cantidad de Tomacorrientes
120V- 208V- 208V- 480V-12 Esclusa de Personal acceso a pesada y 113 Esclusa de Materia Prima I 114 Esclusa de Materia Prima II 115 Pesada y Muestreo 1 116 Esclusa de acceso de personal a Mezcla 217 Área de Distribucion de Personal 2 118 Zona de Mezcla y Formulación. 3 2 3 119 Cuarto de lavado de Mezcla y 1 120 Esclusa de acceso de Personal a 121 Esclusa de acceso de Personal a 122 Área de Llenado 2 1 1 123 Zona de Lavado y Preparación. 3 3 3 124 Esclusa de Materia Prima (III) Lavado y 1 125 Pasillo de almacen hacia Esclusa de 3 126 Zona de Recepción de frascos hacia 2 1 127 Zona de Autoclaves 1 128 Pasillo paralelo a Autoclaves29 Zona de Recepción de Frascos desde 3 1 230 Zona de Inspección Visual y Etiquetado 2 1 1 131 Esclusa de Materia Prima (IV) Embalaje 132 Zona de Embalaje 4 4 2 233 Baños Damas - zona de cambio calle 134 Baños Damas - zona sanitarios 135 Baños Damas - zona de cambio 236 Baños Damas - lavamanos 137 Baños Damas - Esclusa de entrada a 138 Baños Caballeros - zona de cambio calle 139 Baños Caballeros - zona sanitarios 140 Baños Caballeros - zona de cambio 241 Baños Caballeros-Esclusa de entrada a 142 Baños Caballeros - lavamanos 143 Lavandería 3 2
45
44 Lava Mopas 145 Pasillo perimetral de circulación A 4 245 Pasillo perimetral de circulación B 4 245 Pasillo perimetral de circulación C 4 245 Pasillo perimetral de circulación D 1 1
Estimación de la demanda del Sistema de tomacorrientes
ZonaNº de
tomacorri
entes
Tensión
del
T/C
VA por
T/C
Potencia
total
(VA)
Oficinas PB32 120V -
1Φ
180 5.76012 208V -
1Φ
300 3.600
Oficinas Nivel 141 120V -
1Φ
180 7.38012 208V -
1Φ
300 3.600
Almacenes31 120V -
1Φ
180 5.58010 208V -
1Φ
300 3.000
Laboratorios9 120V -
1Φ
180 1.6205 208V -
1Φ
300 1.500
Producción
60 120V -
1Φ
180 10.80
027 208V -
1Φ
300 8.10014 208V -
3Φ
300 4.2007 480V -
3Φ
300 2.100
Mantenimiento13 120V -
1Φ
180 2.3405 208V -
1Φ
300 1.500
Servicios básicos
5 120V -
1Φ
180 9005 208V -
1Φ
300 1.5004 208V -
3Φ
300 1.2004 480V -
3Φ
300 1.200
Servicios críticos2 120V -
1Φ
180 3601 208V -
1Φ
300 300
Potencia total del Sistema de tomacorrientes 66.24
0Aplicando el factor de demanda de la tabla 220-13 del CEN se obtiene lo
siguiente:
Demanda de los tomacorrientes
Para los primeros 10 kVA 10.000
46
Resto sobre los 10 kVA 28.120
Demanda de los
tomacorrientes
38.120
Así pues, los kVAT/C son igual a 38,12 kVA.
5.3. Estimación del sistema de fuerzaLa estimación de la demanda de los equipos proviene de demandas genéricas
utilizadas en proyectos similares, tabla XL.
De manera que la potencia total de los equipos de fuerza es de 914,91 kW lo
que equivale a una potencia activa de 1.016,57 kVA considerando un factor de
potencia de 0,9.
Considerando que para la carga de aire acondicionado se toma el factor de
demanda al 100% y tomando en cuenta para el resto del sistema de fuerza 0,8;
se tiene que la demanda total es de 887,85 kVA para los equipos de fuerza.
6. Determinación de la distribución y ubicación de los tableros eléctricos
La distribución de los tableros será de la siguiente manera:
6.1. Tablero principal
El tablero principal está ubicado en uno de los sectores de la zona de Servicios
Básicos, Cuarto de Tableros, siendo éste el punto más cercano a la acometida
de alimentación de la planta. Posee dos salidas, un acceso frontal y otro
posterior
47
Carga estimada de los equipos de fuerza a instalar.
Zona Equipo Cantida
d
Capacid
ad
Capacidad
total en
Producción
Bomba 1 1 5 kW 5
Bomba 2 1 5 kW 5
Llenadota 1 1 10 kW 10
Llenadota 2 1 10 kW 10
Llenadota 3 1 20 kW 20
Autoclave 1 1 7.5 kW 7.5
Autoclave 2 1 7.5 kW 7.5
Autoclave 3 1 5 kW 5
Etiquetadora 1 7.5 HP 5.6
Encajonadora 1 20 kW 20
Termo encogible 1 20 kW 20
Paletizadora 1 10 HP 7.46
Lavadora 1 2.6 kW 2.6
Campana 1 1 3 HP 2.24
Campana 2 1 3 HP 2.24
Servicios
básicos
Agua potable 1 96 A 71.8
3Caldera 1 10 HP 7.46
Compresor de
aire 1
2 23 kW 46
Compresor de
agua
2 75 HP 111.
9
Servicios críticos
Agua purificada 1 30 HP 28.3
8Ventilador UMA 10 10 HP 74.6
Resistencia 10 20 HP 149.
2Ventilador
extractor
10 12 HP 89.5
Control 10 3A /
480V
22.4
Extracción
y
8 22 kW 176
48
Bomba 3 1 7.5 kW 7.5
6.2. Tableros secundariosLos tableros están ubicados en las siguientes zonas:
Producción.
Zona de Mezclado y Formulación. (Equipos en 480 V y 208 V)
Zona de Lavado y Preparación.
Zona Recepción de frascos desde Autoclaves.
Pasillo D.
Servicios básicos.
Servicios críticos.
Oficinas nivel planta baja.
Almacén de Productos terminados.
7. Selección del calibre de los alimentadoresLos alimentadores utilizados para todas las instalaciones son cables de
conductor de cobre, trenzado revestido, con tipo de aislamiento THW.
7.1. Criterio de capacidad de corrientePara el criterio de capacidad de corriente se considera que los calibre 14, 12 y
10 soportan un máximo de corriente de 15, 20 y 30 A, respectivamente, ya que
existe una excepción en la tabla de capacidad de corriente que no permite que
los dispositivos de protección para dichos calibres superen el valor mencionado
anteriormente.
Selección del conductor por el criterio de ampacidad del Sistema de
fuerza en la Zona de Producción
Datos del Datos del equipo
49
Ubicación
(ID)Equipo
Corrient
e de
diseño
(A)
CalibreTipo
Cu /
Al
Aislamient
o Tensió
n (V)
Potenci
a (kW)
Corrient
e
nominal Mezcla (18) Bomba 1 C THW 480 10,0 13,36 16,71 12Mezcla (18) Bomba 2 C
u
THW 480 10,0
0
13,36 16,71 12Llenado (22) Llenadora
1
C
u
THW 480 10,0
0
13,36 16,71 12Llenado (22) Llenadora
2
C
u
THW 480 10,0
0
13,36 16,71 12Llenado (22) Llenadora
3
C
u
THW 480 20,0
0
26,73 33,41 8Lavado (23) Autoclave
1
C
u
THW 480 15,0
0
20,05 25,06 10Autoclaves
(27)
Autoclave
2
C
u
THW 480 15,0
0
20,05 25,06 10Autoclaves
(27)
Autoclave
3
C
u
THW 480 5,00 6,68 8,35 14Etiquetado
(30)
Etiquetado
ra
C
u
THW 480 5,60 7,48 9,35 14Embalaje (32) Encajonad
ora
C
u
THW 480 20,0
0
26,73 33,41 8
Embalaje (32) Termo
encogibC
u
THW 480 20,0
0
26,73 33,41 8
Ubicació
n (ID)EquipoPaletizador
a
C
u
THW 480 7,46 9,97 12,46 14Lavado (23) Lavadora C
u
THW 480 15,0
0
20,05 25,06 10Muestreo (15) Campana
1
C
u
THW 208 2,24 6,90 8,63 14Muestreo (15) Campana
2
C
u
THW 208 2,24 6,90 8,63 14
7.2. Criterio de caída de tensiónPara realizar los cómputos de la caída de tensión se necesita la longitud del
conductor la cual se determinó calculando la distancia lineal desde el equipo
hasta el tablero de distribución para la zona, adicionalmente se considera 1 m
de distancia desde el tablero hasta el techo ya que el recorrido del cableado se
hará por el entrepiso del edificio, igualmente a la llegada del equipo se agrega
1 m más.
7.3. Selección del calibre del conductor del neutroSe escogió el mismo calibre que se utiliza para las fases considerando el
calibre mayor resultado de aplicar los dos criterios anteriores, para unificar y
facilitar la instalación del cableado.
50
7.4. Selección del calibre del conductor de puesta a tierra
Dado que la selección depende de la capacidad del dispositivo de protección,
en el siguiente formulario se presenta el cálculo de la corriente de la protección
y el valor comercial del dispositivo para determinar el calibre del conductor de
puesta a tierra. Adicionalmente, está el resumen de los calibres escogidos.
Selección del calibre de los conductores de fase, neutro y tierra
8. Selección de la canalización
La canalización de los alimentadores se hará mediante bandejas portacables
ya que se dispone de un entrepiso que facilita el transporte de los mismos,
además que reduce los costos de la instalación. Las dimensiones de las
bandejas serán de 60 cm tipo escalera o ventilada.
Para los circuitos ramales se escogieron tuberías metálicas que van desde los
tableros secundarios a los equipos utilizando ¾” para calibres N° 12 y 10.
9. Selección de protecciones
El cálculo de las protecciones se realizó para obtener el calibre de los
conductores de puesta a tierra los cuales se muestran en la tabla XLIII.
10. Selección del tablero eléctrico:
A continuación se presenta el formulario con los datos de un tablero eléctrico,
en el que se especifica el nombre del proyecto y fecha de levantamiento,
adicionalmente se presentan los datos del alimentador, interruptor principal,
carga conectada por fase y tipo de carga.
51
52
11. Selección del sistema de transformaciónPara dimensionar el transformador de acuerdo al valor obtenido de las
demandas antes mencionadas 999,39 kVA en total, se busca el valor
normalizado por encima para su selección. Se obtiene un transformador tipo
pedestal de capacidad 1500 kVA a una tensión de 13,8/0,48 kV con
impedancia de 5,75 %. El cálculo del nivel de cortocircuito del lado de baja
tensión se muestra a continuación, la selección de las protecciones
correspondientes le concierne a la empresa suplidora de energía.
Icc = 1500kVA
Icc=1500kVA
√ 3×480V ×0.0575=31.41KA RM Simetricos
12. Selección del sistema de puesta a tierraPara el sistema no se emplea un anillo de puesta a tierra sino que se aplica un
arreglo en forma de triángulo formado por barras Copperweld de 5/8’’ x 2,4 m,
conectadas mediante un alambre de cobre desnudo calibre 4. A su vez el
sistema de puesta a tierra se unirá a la entrada principal de tuberías de aguas
blancas para contribuir a bajar la resistencia de puesta a tierra y mantener todo
el conjunto a un mismo potencial.
El sistema eléctrico del edificio de conectará al arreglo mediante una barra
principal de tierra (MGB) ubicada en el cuarto de tableros, donde se encuentra
el tablero principal.
13. Selección del sistema de pararrayosSe realiza considerando los siguientes aspectos: índice B: estructura de
concreto armado con techo metálico; índice C: industrias con contenido
vulnerable al fuego; índice D: localizado en un área de inmuebles o árboles de
la misma altura; índice E: planicie y piedemonte, altitud 127 msnm; índice F:
altura de la estructura 6 m; e índice G: número de días de tormenta por año de
3 a 6.
Resulta que la colocación es opcional ya que el índice de riesgo se encuentra
en el rango de 0 a 30.
53
CAPÍTULO IV REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL. COVENIN 200:2004 (7ma
REVISIÓN). Caracas 2004.
Penissi, Oswaldo. “Canalizaciones Eléctricas Residenciales” Sexta
Edición, Caracas 1998.
I.E.S. LIGHTING HANDBOOK. “The Standard Lighting Guide” Cuarta
Edición.
Tutorial de Instalaciones Eléctricas
http://sistemas.itlp.edu.mx/tutoriales/instalacelectricas/
GUTH. “A division of lighting group, inc.”
Valectra C. A. “Tableros de alumbrado, distribución y potencia”
http://www.valectra.com.ve/catalogos/NLAB-NHB-CDP.pdf
IEEE Std. 80-1986. “An American National Standard IEEE Guide for
Safety in AC Substation Grounding.”
Catálogo general MARESA (Información técnica)
Catálogo profesional de lámparas, luminarias y postes 2005-2007.
“Luminotecnia”
www.obralux.com
Tableros de fuerza y distribución tipo CFD.
http://www.subtaca.com/tableros.php
Harper, Enrique. “El ABC de las Instalaciones Eléctricas Industriales”
Editorial Limusa, S. A. México, 2004.
“Código de Protección Contra rayos” COVENIN 599:73. Segunda
Edición, 1973.