DISEÑO ELÉCTRICO

24 DE MARZO

2015 CONSULTORÍA PARA LA IMPLEMENTACIÓN

DE LA COMERCIALIZADORA DE ARROZ PARA EL VALLE DEL RIO CIMITARRA

PUERTOMATILDE,YONDOANTIOQUIA

DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRICO.

MEMORIAS DE CALCULO ELECTRICO.

COMERCIALIZADORA DE ARROZ. ASOCIACION CAMPESINA DEL VALLE DEL RIO CIMITARRA – ACVC. .

BARRANCABERMEJA, SANTANDER – COLOMBIA ABRIL DE 2015

ABREVIATURAS. Empresas Públicas de Medellín………. E.P.M. Voltios………….. V. Amperios………. A. Aluminum Conductor Steel Reinforced………ACSR. American Wire Gauge…………AWG Cobre…….Cu. Vatios……..W. Voltiamperios………VA. Dispositivo de protección contra sobretensiones……D.P.S. Maximum Continuous Operating Voltage………MCOV Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas……RETIE Norma técnica eléctrica colombiana…….NTC 2050 Tablero alimentación de motores y circuitos generales…….. (TC)T.A.M. TABLA 1. LOCALIZACION DEL PROYECTO

TabladecontenidoINTRODUCCION........................................................................................................................................................4

OBJETO.........................................................................................................................................................................4

ALCANCE.....................................................................................................................................................................4

LOCALIZACION.........................................................................................................................................................4

DEMANDAMÁXIMA................................................................................................................................................5

CALCULOSELECTRICOSENBAJATENSION.................................................................................................7

SELECCIÓNDELCONDUCTORALIMENTADORYPROTECCIÓNPRINCIPAL.................................7

CALCULODEREGULACIONHASTAELT.A.M.(TC)...................................................................................8

CIRCUITOALIMENTADORDEMOTORESYPROTECCIONESDEMOTORES...................................8

DISEÑODEMALLAATIERRA........................................................................................................................10

ANEXOS.....................................................................................................................................................................18

CUADROSDECARGASYREGULACION........................................................................................................18

INTRODUCCION. El presente proyecto tiene como fin la consultoría para el diseño eléctrico que abastecerá de energía al proyecto “Comercializadora de Arroz – Asociación Campesina Valle del Rio Cimitarra.”, se ajustara en su dimensionamiento y diseño a lo especificado en el “Código Eléctrico Nacional NTC 2050”, Reglamento técnico de Instalaciones Eléctricas “RETIE”, en los criterios básicos de diseño y específicos adicionales de acuerdo al comportamiento de la carga y a lo requerido por el cliente basado en la normativa vigente.

OBJETO. Suministrar energía eléctrica a la Comercializadora de Arroz teniendo en cuenta el diseño eléctrico basado en lo establecido en la reglamentación aplicable al proyecto.

ALCANCE. Diseño eléctrico para el proyecto ‘’Comercializadora de Arroz’’ ubicado en el municipio de

Yondó – Antioquía y que comprende: memorias de Calculo, planos de Localización,

diagramas unifilares, entre otros.

LOCALIZACION.

TABLA 1. LOCALIZACION DEL PROYECTO NOMBRE Comercializadora de Arroz

DIRECCION Vereda Yondó-Antioquia BARRIO N.A.

MUNICIPIO Yondó DEPARTAMENTO Antioquía

NIVEL DE ELECTRIFICACION

Rural-Microindustria

REGISTRO DE CARGA Proyectado

DEMANDAMÁXIMA. Para el cálculo de la demanda se tiene en cuenta los equipos a energizar por parte del cliente, con este insumo se calcula la demanda máxima de la solicitud por el cliente, sin embargo se aclara que la demanda máxima de la edificación es mayor a la calculada y se deberá recalcular en el evento de ampliaciones de cargas y circuitos. Las cargas del proyecto se consideran de la siguiente forma: Tipo de Carga Porcentaje de Utilización Característica 1. Zonas Iluminación continua 100% Carga Continua 2. Cargas de fuerza especiales 100% Carga Continua (tomas especiales) 3. Cargas de motores 100% Carga Continua 4. Cargas aire acondicionado 100% Carga Continua 5. La carga del motor más grande 125% Carga Continua 6. Resto de Carga 40% Carga no continua Para el cálculo de la demanda máxima en el proyecto se tomará el 100% de las cargas de los equipos de aire acondicionado y refrigeración y/o motores eléctricos según el cálculo opcional del capítulo 220-30 de la NTC 2050, más el 125% de la carga del motor de mayor carga, más el resto de la carga al 40%. Cabe destacar que para los motores eléctricos y aires acondicionados asumimos que tienen un factor de potencia igual a fp=0.8, para iluminación y demás cargas fp=0.9.

Tipo de Carga Evaluada

Cant. Potencia Total (VA)

Factor de Potencia

% Utilización

Tensión de servicio [V]

Carga de Aplicabilidad

[VA]

1. Zonas Iluminación continua

Iluminación en zonas de trabajo continuo 1 640 0.9 100 120 640

2. Cargas de fuerza especiales (tomas especiales)

Selladora Lineal con pedestal 1 1333 0.9 100 110 1333

3. Cargas de motores

Dosificador Volumetrico Semi automatico 1 466 0.8 100 110 466

Motor Electrico para acoplamiento del MAC 400 1 11656 0.8 100 220 11656

Elevador doble cangilones 1 1398 0.8 100 220 1398

5. 25% La carga del motor más grande

Motor Electrico para acoplamiento del MAC 400 1 2914 0.8 100 220 2914

Demanda Máxima Calculada [VA] 18407

Según la demanda máxima calcula se selecciona un generador diésel de las siguientes características:

POTENCIA APARENTE Stand by: 24 kVA. VOLTAJE OPERACIÓN: 220-120 V

Combustible: Diésel. Tipo: Monofásico. Frecuencia: 60 HZ.

CALCULOSELECTRICOSENBAJATENSION.

SELECCIÓNDELCONDUCTORALIMENTADORYPROTECCIÓNPRINCIPAL. Para la selección del conductor alimentador y la protección principal se tiene en cuenta lo descrito en la Sección 220 de la NTC-2050. Calculo de la corriente en el secundario:

Vsecundario

22000220

100

22000220

100 ∗ 1,25 125 .

En el capítulo 9 de la NTC 2050 buscamos un conductor que soporte la capacidad de corriente de la demanda máxima con un factor de seguridad del 25%. Se selecciona un conductor # 2 AWG Cobre con aislamiento THHN/THWN-2 90°C 600 V. Quedaría una red en baja tensión compuesta de: 2 Fases (2 AWG) + 1 Neutro (2 AWG). Se selecciona una protección bipolar de: Tensión de servicio= 600 V. I nominal = 125 A. I cortocircuito = 25 kA.

CALCULODEREGULACIONHASTAELT.A.M.(TC) Para esta sección utilizamos el metodo anterior, siendo el factor Fs= 1 dado que el circuito viene de una red trifasica: Conductor= #2 AWG Cobre. Tensión de servicio: 220 V. Factor de regulación del conductor Kg= 57.80 a fp 0.9 Potencia aparente = S= 22 kVA x 1.25 = 27. 5 kVA. Factor de corrección= Fs= 2. Longitud tramo proyectado= 10 m = 0.01 km

%

100

%57.80 27.5 10 2

220X220100

% 0.65% Este valor cumple con lo dispuesto en el reglamento técnico de instalaciones eléctricas menor a 3 % hasta el tablero principal.

CIRCUITOALIMENTADORDEMOTORESYPROTECCIONESDEMOTORES. Según la NTC 2050- sección 430, articulo 430-24 para el calculo del alimentador del motor se tiene en cuenta la siguiente consideración: Según la tabla de demanda esto sería: Motor 1

Resultando: Para cada motor de trabajo se seleccionan los siguientes conductores y alimentadores basado en la sección 430 de la NTC-2050. Motor de acoplamiento a MAC-400 A: Articulo 430-52 NTC-2050.

11656220V

52.98 1,25 66,22

Se selecciona conductor # 6 AWG THHN/THWN-2 90° Protección seleccionada: In= 2x60 A. La protección debe cumplir con las especificaciones y los calculos de la placa caracteristica del motor. Elevador de Cangilones: Articulo 430-52 NTC-2050.

1398220V

6.07 1,25 7,59

Se selecciona conductor # 12 AWG THHN/THWN-2 90° Protección seleccionada: In= 15 A. La protección debe cumplir con las especificaciones y los calculos de la placa caracteristica del motor.

DISEÑODEMALLAATIERRA Teniendo en cuenta lo establecido por el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas, RETIE, y haciendo cumplimiento a la norma IEEE, Std 80-2000, los aspectos básicos sugeridos para realizar un diseño de malla a tierra, son los siguientes: Medida de Resistividad del Terreno: Investigación de las Características del Suelo. Para Medir la Resistividad del Terreno se empleó el Método de Frank Wenner, que se explica a continuación: Método de Frank Wenner: Se basa en la aplicación del principio de caída de potencial. Para realizar este método se utilizan cuatro electrodos (C1, P1, C2, P2), los cuales se ubican sobre una línea recta, separados uno de otro una distancia igual llamada a, e introducidos a una misma profundidad, b, que no debe exceder un décimo de la distancia a. La figura siguiente explica este método:

El método consiste en inyectar una corriente conocida por los electrodos de prueba C1 y C2. Entre los electrodos de prueba P1 y P2 se mide la diferencia de potencial resultante de la inyección de corriente anterior. Para calcular la resistividad se utiliza la siguiente expresión:

Para simplificar la expresión, se utiliza la aproximación:

Quedando entonces:

En la práctica, el telurómetro usado inyectaba una corriente de 20mA y los electrodos eran de 20cm de longitud. Por lo tanto, para cumplir con lo anterior, se calculó la distancia inicial, a, para comenzar con las medidas de resistividad.

2222 4

21

4

ba

a

ba

aaR

ba 20

aR 4

A partir de esta distancia, se tomó la medida de resistividad, luego se realizaron varias pruebas aumentando la distancia, a, en 1m, hasta 10m, longitud disponible del terreno. Se obtuvieron los siguientes datos:

Teniendo en cuenta los datos obtenidos y

analizando la gráfica, se puede decir que se obtuvo una medida casi constante, lo cual indica que el terreno es uniforme, es decir internamente no sufre cambios en el tipo de suelo o componentes. Para los Cálculos de Tensiones Permisibles se selecciona el valor más alto de resistividad 10.03 Ω.m. Selección del Conductor de Malla: En base a la Tabla 250-94 de la NTC 2050, siguiendo la fórmula adoptada de la norma ANSI/IEEE 80-2000 y cumpliendo lo definido en el RETIE, el conductor de malla se calcula así:

9737.1cfaf

C

tKIA

Dónde: A c: Sección Transversal del Conductor [mm2] Iaf : Corriente de Falla a Tierra, suministrada por el operador de red [8kA] Kf: Es la constante de la Tabla 23, RETIE Tm: Es la temperatura de fusión o el límite de temperatura del conductor y una temperatura ambiente de 40ºC tC: Tiempo de despeje de la falla a tierra [Normalmente se toma 0.5seg]

ma

ma

4

2.020

DISTANCIA DE LOS ELECTRODOS a (m)

Resistividad (Ω.m)

4 10.01 5 10.03 6 9.87 7 9.83 8 9.57 9 9.56 10 9.44

MATERIAL CONDUCTIVIDAD (%)

Tm (°C)

Kf

Cobre blando 100 1083 7

9,1

9,29,3

9,49,5

9,6

9,79,8

9,910

10,1

4 5 6 7 8 9 10

Distancia de Los Electrodos a (m)

Res

istivi

dad

Tabla 23. Constantes de Materiales

22348.20

9737.1

5.006.78

mmA

A

C

C

La Sección del Conductor es de 20.23mm2, aproximando éste valor al calibre mínimo permitido por la norma, especificado en la Tabla 250-94, corresponde un Conductor de cobre de Calibre 4 AWG que tiene como sección 21.15mm2. Sin embargo, el reglamento técnico establece que el calibre mínimo para el conductor de malla a tierra debe ser 1/0 AWG, por lo tanto se selecciona dicho conductor. Configuración de la Malla: Datos Preliminares

Cobre duro cuando se utiliza soldadura exotérmica

97 1084 7.06

Cobre duro cunado se utiliza conector mecánico

97 250 11,78

Alambre de acero recubierto de cobre 40 1084 10,45 Alambre de acero recubierto de cobre 30 1084 14,64 Varilla de acero recubierta de cobre 20 1084 14,64 Aluminio grado EC 61 657 12,12 Aleación de aluminio 5005 53.2 652 12,41 Aleación de aluminio 6201 52.5 654 12,47 Alambre de acero recubierto de aluminio 20.3 657 17,2 Acero 1020 10.8 1510 15,95 Varilla de acero recubierta en acero inoxidable

9.8 1400 14,72

Varilla de acero con baño de cinc (galvanizado)

8.6 419 28,96

Acero inoxidable 304 2.4 1400 30,05

Concepto Símbolo Valor Área Total de la Malla a Tierra A 23.04m2

Longitud Máxima del Conductor en dirección x. LX 4.8m Longitud Máxima del Conductor en dirección y. LY 4.8m Número de Conductores en Paralelo de la longitud L1

n 3

Número de conductores en Paralelo de la Longitud L2

m 3

Espaciamiento entre conductores Paralelos D 4.8m Numero de Electrodos Tipo Varilla colocados en el área A

NR 4

i.

ii. Calculo de Longitud del Conductor: a. Longitud Total de todos los Conductores de la Red: LC

mL

L

LD

LL

D

LL

C

C

XY

YX

C

16

4*18.4

8.44*1

8.4

8.4

*1*1

b. Longitud Total de los Conductores y Varillas Enterrados [m]

mL

L

LNLL

T

T

rRCT

6.25

4.2*416

*

c. Longitud Efectiva de Tensión de Paso, LS

mL

L

LLL

S

S

RCS

16.20

6.985.01675.0

85.075.0

d. Longitud Efectiva de Tensión de Contacto, LM

mL

L

LLL

LLL

M

M

R

YX

rCM

02.35

6.98.48.4

4.222.155.116

22.155.1

22

22

iii. Calculo de Coeficientes Km, Ki, Ks.

iv.

a. Factor de Espaciamiento por Tensión de Contacto, Km:

1.2

8.

.4..8

.2.

162

1 22

nLn

K

K

d

h

dD

hD

hd

DLnK

h

iim

Donde: Kii : Factor de Corrección que relaciona los efectos del interior de los conductores de las esquinas de la malla, el cual es igual a 1.

Longitud de un Electrodo Tipo Varilla Lr 2.4m Longitud Total de Todas las Varillas de la Tierra LR 9.6m Perímetro de la Malla LP 19.2m Profundidad de Enterramiento de los Conductores h 0.6m Diámetro del Conductor d 0.00825m Factor de Reducción de la Capa Superficial CS 1 Máxima Corriente de Falla (Dada por el Operador de Red)

IG 8KVA

Tiempo máximo de Despeje de Falla para Efectos de Simulación.

tS 0.5seg

Kh : Factor de Corrección que relaciona los efectos de profundidad de la malla, y es igual a:

26.11

6.01

1;1 00

h

h

h

K

K

mhh

hK

Entonces:

132

8.

26.1

1

00825.04

6.0

00825.08.48

6.028.4

00825.06.016

8.4

2

1 22

LnLnKm

414.0mK

b. Factor de Corrección por la Geometría de la Malla, Ki:

928.0

3128.0544.0

128.0544.0

i

i

i

K

K

nK

c. Factor de Espaciamiento por Tensión de Paso, Ki:

358.0

5.018.4

1

5.08.4

1

6.02

11

5.0111

.2

11

23

2

S

S

nS

K

K

DhDhK

Calculo de Tensiones Tolerables de Paso y Contacto en las Instalaciones: Se calculan las máximas tensiones tolerables de paso y contacto suponiendo que una persona que esté expuesta a esas tensiones, pesa al menos 50kg:

a. Tensión Tolerable de Paso:

C

SSP

t

CU

116.0*61000

Donde: UP = Tensión de Paso Tolerable [V] CS = Factor de Reducción de la Capa Superficial, normalmente se estima con un valor de 1 ρS = Resistividad del material de la superficie en [Ω.m] tC = Tiempo de Despeje de la Falla. [Se toma 0.5seg]

Para iniciar, el valor de Resistividad se selecciona de la siguiente tabla, la cual muestra los valores de resistividad superficial según el tipo de terreno, así:

NATURALEZA DELTERRENO

RESISITIVIDAD SUPERFICIAL DEL SUELO (Ω. m)

Terrenos pantanosos 2 a 30

Limos 20 a 100

Humus 10 a 150

Turba húmeda 5 a 100

Arcilla plástica 50

Margas y arcillascompactas

100 a 200

Margas del Jurásico 30 a 40

Arena arcillosa 50 a 100

Arena silícea 200 a 3.000

Suelo pedregoso cubiertode césped

300 a 500

Suelo pedregoso desnudo 1.500 a 3.000

Piedras calizas blancas 100 a 300

Piedras calizas compactas 1.000 a 5.000

Piedras calizas agrietadas 500 a 1.000

Pizarras 50 a 300

Rocas de mica y cuarzo 800

Granitos y areniscas pocoalterados

1.500 a 10.000

Granitos y areniscas muyalterados

100 a 600

Agua de mar 1

Mineral conductor 0,1

Aluviones con agua dulce 20 a 200

Aluviones secos 50 a 100

Aluviones con agua salada 1 a 5

VU

U

P

P

92.31165.0

116.0*3000161000

b. Tensión Tolerable de Contacto:

VU

U

t

CU

C

C

C

SSC

268.9025.0

116.0*300015.11000

116.0*5.11000

´

v. Cálculo de tensiones Reales de Paso y de Retícula: a. Calculo de Tensiones Reales de Paso:

VE

E

L

IkkE

S

S

S

GiSS

322.116.20

8000928.0358.003.10

...

b. Tensión Real de Retícula:

VE

E

L

IkkE

m

m

M

Gimm

77.87102.35

8000928.041.003.10

...

Validación: Si las tensiones de retícula y de paso en caso de falla son menores que las máximas tensiones tolerables de contacto y de paso, el diseño seleccionado es adecuado. Entonces:

VVUE Cm 268.90277.871 VVUE PS 926.3116322.1

Teniendo en cuenta lo anterior se puede decir que el diseño y configuración de malla seleccionados es adecuado y ésta sujeto a las condiciones de seguridad recomendadas. 7.4.9 Calculo de la Resistencia de puesta a tierra de la configuración inicial.

a. Resistencia de Puesta a Tierra de los Conductores: Aplicando la Ecuación Expandida de Sverak, según la Norma Std 80-2000 la Resistencia de Puesta a Tierra se calcula de la siguiente manera:

Ah

ALR

Tg

201

11

20

11

04.23

206.01

11

04.2320

1

6.25

103.10gR

766.0gR

Teniendo en cuenta que la Resistencia Máxima de Resistencia de Puesta a Tierra para Subestaciones de Media Tensión establecida en el RETIE es de 10Ω, se puede concluir que la resistencia calcula es adecuada para realizar el diseño e implementación de la malla de puesta a tierra.

ANEXOS.

CUADROSDECARGASYREGULACION.

DUCTO PVC

L1 L2 ESP COM ESP A B N Ø

TC-1 ESPECIAL 1 5828 5828 0.8 11656 53.0 # 6 THHN-2 1" 2 X 60A MOTOR DE ACOPLAMIENTO MAC 400

TA-2 1 699 699 0.8 1398 6.4 # 12 THHN-2 3/4" 2 X 15A ELEVADOR GANGILONES

TA-3 1 466.3 466.3 0.8 932.5 7.8 # 12 THHN-2 3/4" 1 X 20A TOMA DOSIFICADOR VOLUMETRICO

TA-4 1 750 750 0.9 1500 12.5 # 12 THHN-2 3/4" 1 X 20A TOMA SELLADORA DE PEDAL

TA-5 4 6 320 320 0.9 640 5.3 # 12 THHN-2 3/4" 1 X 20A TOMAS Y LUCES NORMALES Areas Trabajo

TA-6 7 6 750 750 0.9 1500 12.5 # 12 THHN-2 3/4" 1 X 20A TOMAS Y LUCES NORMALES Oficinas Generales

780

TOTALES 11 0 0 15 1 7743 7597 2286.3 1.02 18406.5 83.7 2F#2, 1#2,1T#2

2 " EMT 3 X 125 A

PROTECC. (A)

OBSERVACION

***TC*** TABLERO ALIMENTACION DE MOTORES (T.A.M.)

CIRCUITOS LUCES TOMAS FASES F.P CARGA (VA)

CORRIENTE (A) CALIBRE AWG-(CU)

CIRCUITO CARGA [KW]

FP DEMANDA [KVA]

FASES CALIBRE CU, AWG

FACTOR FC

LONG. [M]

MOMENTO [KVA-M]

KG REG (δ%) PARCIAL

REG (δ%) TOTAL

OBSERVACIONES

TC-1 ESPECIAL 9324.8 0.8 11656 2 #8 2 6 70 196.46 0.5 1.0 MOTOR DE ACOPLAMIENTO MAC 400

TA-2 1118.4 0.8 1398 1 #6 2 7 10 126.25 0.0 0.6 ELEVADOR GANGILONES

TA-3 839.25 0.9 932.5 1 #12 2 8 7 532.18 0.1 0.7 TOMA DOSIFICADOR VOLUMETRICO

TA-4 1350 0.9 1500 1 #12 2 10 15 532.18 0.3 0.8 TOMA SELLADORA DE PEDAL

TA-5 576 0.9 640 1 #12 2 20 13 532.18 0.2 0.8 TOMAS Y LUCES NORMALES Areas Trabajo

TA-6 1350 0.9 1500 1 #12 2 20 30 532.18 0.6 1.1 TOMAS Y LUCES NORMALES Oficinas Generales

780

TOTALES 14558.45 0.8 18406.5 2 #2 2 10 184.065 57.8 0.37 0.57

***TC*** TABLERO ALIMENTACION DE MOTORES (T.A.M.)