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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE
INGENIERIA: ELECTRICA, ELECTRONICA, MECANICA Y MINAS
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA ELECTRICA
INSTALACIONES ELECTRICAS IDOCENTE:
ING. RONALD DUEAS PONCE DE LEON
CUSCO - PERU2 012-I
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TERCERA UNIDAD
CARGAS ELECTRICAS
3.1 Aspectos Generales3.2 Alcances de la Normatividad3.3
Definiciones Bsicas3.4 Cargas Elctricas3.5 Cargas de Circuitos y
Factores de Demanda3.6 Aplicaciones en Edificaciones variantes.
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3.1 ASPECTOS GENERALESEl clculo de las Cargas Elctricas en una
edificacin, es
un paso muy importante para el diseo de las
InstalacionesElctricas. Es una tarea delicada y minuciosa, pues
cada edificiopresenta sus propias particularidades y por ende
requerimientosde carga diferentes.
Sin embargo la experiencia y las normas nos indican quepara este
estudio son importantes las cargas que representa elalumbrado y
artefactos de uso general o la combinacin de losmismos. En tal caso
es una opcin, el emplear las prescripcionesdel CNE - U en su seccin
050 y otras relacionadas, como es elcaso del uso de motores,
calefaccin, aire acondicionado y otroscomo veremos luego.
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3.2. ALCANCES DE LA NORMATIVIDAD
- CODIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD UTILIZACION CNE - U
DireccinGeneral de Electricidad Direccin de Normas Elctricas MEM
edicin2006 R.M. 037-2006-MEM/DM.
- REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES RNE Instituto
deConstruccin y Gerencia Ministerio de Vivienda R.M. N 290 2005
Vivienda del 26 de noviembre del 2 005.
- NORMA DGE: TERMINOLOGIA EN ELECTRICIDAD Ministerio deEnerga y
Minas Direccin General de Electricidad aprobada porR.M. 091- 2002-
EM/VME.
- NORMA DGE: SIMBOLOS GRAFICOS EN ELECTRICIDAD Ministeriode
Energa y Minas Direccin General de Electricidad aprobada
porR.M.091-2002-EM/VME.
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- NTP 370.305: Instalaciones Elctricas en Edificios. Proteccin
paragarantizar la seguridad. Proteccin contra los efectos
trmicos
- NTP 370.306: Instalaciones Elctricas en Edificios. Proteccin
paragarantizar la seguridad. Proteccin contra las
sobreintensidades.
- NTP 370.252 Conductores elctricos. Cables aislados con Cloruro
depolivinilo para tensiones hasta e inclusive 450/750 V.
- NTP 370.253 Conductores elctricos. Cables aislados con
compuestotermoplstico y termoestable para tensiones hasta e
inclusive 600V.
- NTP 370.250 - 2003: CONDUCTORES ELCTRICOS.
Conductoresparacables aislados.
- NTP 370.251 - 2003: CONDUCTORES ELCTRICOS. Cables de cobrepara
lneas areas (desnudos o protegidos) y puestas a tierra.
- NTP 370.254 - 2003: CONDUCTORES ELCTRICOS. Cables
paradistribucin area autosoportados aislados con XLPE para
tensioneshasta e inclusive 0,6/1 kV.
- NTP 370.255 - 2004: CONDUCTORES ELCTRICOS. Cables deenerga con
aislamiento extruido y sus accesorios para tensionesnominales desde
1 kV (Um = 1,2 kV) hasta 30 kV (Um = 36 kV). Parte 1.Cables para
tensiones nominales de 1 kV y 3 Kv (Um = 3,6 kV)
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3.3 DEFINICIONES BASICASa) Carga ElctricaSegn el CNE, la carga
elctrica viene a ser el rgimen a la cual
se realiza el trabajo elctrico, conceptualmente viene a ser
lapotencia activa o nominal absorbida o consumida por una mquina,un
dispositivo elctrico, un usuario, un sistema elctrico.Usualmente
est expresado en: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA A
b) Potencia Instalada (Pi)
Denominada tambin carga instalada o conectada, viene a ser la
suma de laspotencias nominales de los receptores de energa elctrica
conectada a la red, a unconsumidor o conjunto de consumidores,
Usualmente esta expresada en: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA.
Matemticamente est dada por:
== nj jPnPi 1
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c) Densidad de carga (Pu)
Viene a ser la relacin existente entre la carga instalada y el
rea delproyecto, conocida por el CNE-U como carga unitaria y esta
expresada en:W/m2 y en forma general se puede expresar tambin en
kW/m2 MW/km2.
El CNE-U en la tabla 14 (regla 050-210) establece los Watts
pormetro cuadrado para las acometidas y los alimentadores de los
prediossegn el tipo de actividad ,
por ejemplo:Viviendas : 25 W/m2Hospedajes : 15 W/m2Bancos : 25
W/m2Matemticamente est expresado por:
)()(
2mAWPiPu =
d) Demanda Mxima (Dm)Se conoce como demanda mxima de una carga,
a la demandainstantnea mayor que se presenta en una carga en un
perodode trabajo establecido (da, semana, mes, etc).Est expresada
en: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA.
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e) Demanda Elctrica (D)Constituye la potencia o carga promedio,
que se obtiene durante unintervalo de tiempo determinado (intervalo
de demanda) y se expresaen: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA.
f) Carga ContinuaCarga elctrica cuya corriente mxima se espera
que contine durantetres horas o ms, estas cargas no debern exceder
del 80% de lacapacidad nominal del circuito.
g) Cargas no SimultneasCuando sea improbable que dos o ms cargas
distintas trabajensimultneamente, se permite omitir las ms pequeas
al calcularla carga total.
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h) Factor de Demanda (Fd)El factor de demanda de una carga
elctrica, viene a ser la relacin
existente entre la demanda mxima y la potencia instalada (en un
punto delsistema, en un consumidor, etc), generalmente es menor a
1, siendo unitariocuando el aparato o los aparatos conectados
estuvieran absorbiendo supotencia nominal.
El CNE-U en la Tabla 14 establece los factores de demanda para
losconductores de acometida y los alimentadores, as mismo en la
seccin 050CARGAS DE CIRCUITOS Y FACTORES DE DEMANDA
se establecen todos los alcances y la aplicabilidad de estos
factores, porejemplo:
* ViviendaConductores de acometida : Fd= 100 %Alimentadores :
Fd= 100 %*HospedajesConductores de acometida : Fd= 80
%Alimentadores : Fd= 100 %
As mismo se establece otros criterios pero justificados para el
uso de losfactores de demanda, de acuerdo al tipo de local o
actividad, nmero de equiposy de otras cargas instaladas.
Matemticamente est expresada por la siguiente relacin:Pi
DmFd =
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1Fs = isDmDmFs
i) Factor de Simultaneidad (Fs)Denominada tambin por algunos
autores como factor de coincidencia,viene a ser la relacin de la
demanda mxima de un conjunto deconsumidores medida en un centro o
punto de distribucin, a lasumatoria de las demandas mximas
individuales de esos consumidores.La aplicacin correcta del factor
de simultaneidad representa un elementomuy importante en la
planeacin del sistema, debido a que la demandamxima corregida por
este factor de simultaneidad ser la que se utilicepara el
dimensionamiento.El valor mximo que toma este factor es del 100%
(1.0) y matemticamenteest expresada por la siguiente relacin:
Este valor; puede ser calculado, se puede recurrir al uso de
tablasorientativas que nos proporcionan esta informacin o se podar
serasumido por el proyectista utilizando criterios tcnicos
justificativoscomo lo establece el RNE.
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tDtPFc
m =1Fc
diaggrama de carga
020406080
100
0 6 12 18 24
tiempo
carg
a diagrama decarga
j) Factor de Carga (Fc)Se define el factor de carga como la
relacin existente entre laDemanda Promedio en un intervalo de
tiempo dado y la demandamxima observada en el mismo intervalo,
Fc anual < Fc mensual < Fc semanal < Fc diario
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l) Factor de Utilizacin (Fu)Viene a ser la relacin existente
entre la demanda mxima o lacorriente mxima y la capacidad nominal
(de un equipo, de unconductor o de un sistema), matemticamente est
expresadapor la siguiente relacin:
CnomCnomDmFu
Im==
k) Factor de Diversidad (Fdi)Algunos autores suelen utilizar
este factor, en vez del factor de simultaneidad,debido a la
diversidad de cargas que se presentan y que sus demandas mximasno
coinciden en el tiempo, viene a ser el inverso del factor de
simultaneidad ymatemticamente est expresada por la siguiente
relacin:
s
iD Dm
DmFs
F == 1
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3.4. Cargas Elctricas
A. Cargas de Alumbrado.- Para determinar la Carga Instalada (CI)
y laMxima Demanda (MD) de un local o edificacin podemos proceder
dedos formas.Segn lo establecido por el CNE U en su seccin 050, del
cualdebemos de recordar que lo que establece son valores mnimos,
Realizando los clculos correspondientes segn a una
distribucinestablecida, aplicando metodologa adecuada.b.
Tomacorrientes.- La potencia instalada a considerar para
viviendasunifamiliares o multifamiliares, en habitaciones de
huspedes en hoteles,moteles y otros similares estn considerados
dentro de lo establecidopara alumbrado en el CNE U.Todas las
salidas de tomacorrientes de 20A o menos sern consideradascomo
salidas de uso general.Los tomacorrientes se utilizaran de acuerdo
a las necesidades del local ysu numero estar sujeto a
recomendaciones practicas de experiencias,establecidas en tablas
correspondientes y a lo que establece el CNE.
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LOCAL Mximo nde Salidas
Barberias, peluquerias familiar 2
Gabinetes mdicos, dentistas y similares 2
Escaparates en tiendas (En techo) 3
Escaparates de tiendas (En piso) 6
Areas de propaganda en comercio 6
Aulas 6
Locales de manufactura 6
Oficinas 6
Almacenes 6
Tabla: Mximo Numero de Tomacorrientes por Ramal segnel local. Se
permitir conectar sobre el circuito derivadohasta los valores
indicados en la tabla sgte:
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En establecimientos comerciales e industriales se
podrnconsiderar un nmero variable al recomendado o
especificado,dependiendo de los requerimientos establecidos por
losdiseos correspondientes.El CNE-U establece el numero mximo de
sa1idas por
circuito, que no debe de haber mas de 12 salidas en
cualquiercircuito derivado de 2 conductores, excepto lo permitido
porotras reglas del CNE-USe considera por cada salida un consumo no
menor de 1 A,
excepto lo permitido por la sub regla siguiente:Cuando la carga
de cada salida es conocida, se permite que
el nmero de salidas sea mayor que 12, en la medida que
lacorriente total del circuito no exceda el 80% de la
capacidadnominal del dispositivo de sobre corriente que lo
protege.
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C. CARGAS DE FUERZA.
C-1. Cocinas Elctricas de uso domestico y otrosPara el clculo de
las demandas mximas para estosartefactos se debe considerar la
potencia de placa delartefacto lo establecido en el CNE-U seccin
050-300CIRCUITOS DERIVADOS DE ALIMENTACION ACOCINAS ELECTRICAS
(1) La demanda que debe de considerarse para losconductores de
un circuito derivado que alimenta unacocina elctrica en una unidad
de vivienda, debe ser:
(a) 8 KW cuando la potencia nominal de la cocina no excedade 12
Kw; o
(b) 8 KW mas el 40 % del exceso de potencia nominal de lacocina,
sobre los 12 primeros KW.
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C.2 Otros Equipos o artefactosEn general para las cargas de los
Circuitos derivados, sedebe de cumplir con lo siguiente:Los
conductores de los circuitos derivados utilizados paraproveer de
energa elctrica a los equipos, artefactos y otrascargas de uso
similar, deben:Ser utilizadas nicamente para dichas cargas
proyectadasTener una capacidad de corriente no menor que la
cargaconectada o cargas alimentadas por el circuitoc) Tener un
aislamiento adecuado para las temperaturasque puedan presentarse en
el circuito derivado.y al margen de lo descrito anteriormente para
Alumbrado yTomacorrientes de Uso General (cargas de tipo
mvil)existen alimentaciones para cargas fijas y con
alimentacinindividual, siempre y cuando estas pasen
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C.3 Calefaccin.La potencia instalada y la demanda mxima se
calculara considerando larazn siguiente, como una primera
aproximacin cuando no se conoce lapotencia del equipo a
utilizar:
860( KCal / Kw ) y 50 ( KCal / m2)
El factor de demanda se recomienda que no sea menor del 75%(Ver
Seccin 270 del CNE-U)
c.4 Aire AcondicionadoSe recomienda tener en consideracin lo
siguiente, como una primeraaproximaei6n cuando no se conoce la
potencia del equipo a utilizar:
1 tonelada de refrigeracin = 1 kW10 a 30 W / m2 de volumen en
edificio de vivienda y comerciales.20 W / m3 de volumen de edificio
en grandes almacenes.
Usualmente el aire acondicionado constituye de dos a tres veces
el decalefaccin. Su factor de demanda generalmente es no menor al
75%
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Otras cargasd 1 Motores elctricosSe aplican a todo lo
establecido en la seccin 160 MOTORES YGENERADORES del CNE-U, y
usualmente se recomienda calcular como sigue:Motores fraccionales
hasta 1HP a razn de 1kW por cada HP.Motores mayores de 1HP hasta 10
HP a razn de 0.9 kW por cada HP.Motores mayores de 10 HP a razn de
0.8 k W por cada HP.Su factor de demanda es no menor al 75%.
d 2 Electrobombas de agua y desague y similaresLos ingenieros
sanitarios nos proporcionan el valor de la potencia del motor
autilizarse, tanto para el sistema tradicional de electrobombas o
como para elsistema hidroneumtico que es el que mayor uso tienen en
la actualidad.Pero para el calculo aproximado de la potencia
instalada y de la demandamxima, nosotros podemos hacer uso:1. De
los bacos proporcionados por los fabricantes de estos equipos y
desus formulas y valores correspondientes.2. Utilizando la
siguiente formula matemtica:
p = lOOO x Hm x Q75 x h
Hm: Altura manomtrica en m.Q : Caudal de agua requerido en m3/
s.P : Potencia del motor en HP.h : Rendimiento del motor (0.35 a
0.75)
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d.3. Ascensores y montacargas.
Para estimar su carga en con motor de corriente alterna sepuede
utilizar la frmula siguiente:
1) KW = 0.8 PV100
Para caso de motor de corriente contnua, la frmula Sgte:2) KW =
_P V_
100Donde:P: Capacidad de carga del ascensor omontacarga en Kg.V:
Velocidad en m/s (2 a 5 m/s)
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d.4. Plantas de lavandera.La potencia instalada promedio es de
1.5KW por cada 100 lb de ropa lavada al dacon trabajo de 8 h
diarias.
* Otras cargas: Se debe establecer dichascargas siempre en
coordinacin con losprofesionales especialistas, los catlogosde
fabricantes, abacos o tablas que sepueden obtener de diferentes
instituciones.
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3.5 La seccin 050 del CNE-U "CARGAS DE CIRCUITOS YFACTORES DE
DEMANDA"
Seccin 050-100 Clculo de CorrientesEn el calculo de las
corrientes que resulten de cargas expresadas en "Watts
ovolt-amperes" alimentadas por sistemas de corriente alterna de
baja tensin, sedeben emplear las tensiones nominales de 220V 380V
segn corresponda, ocualquier otra tensin nominal dentro del rango
de baja Tensin de 1 000 V omenos, que sea aplicable.
Seccin 050-102 Cadas de Tensin(1) Los conductores de los
alimentadores deben ser dimensionados para que:(a) La cada de
tensin no sea mayor del 2.5 %(b) La cada de tensin total mxima en
el alimentador y los circuitos derivadoshasta la salida o punto de
utilizacin mas alejado, no exceda del 4 %.(2) Los conductores de
los circuitos derivados deben de ser dimensionadospara que:(a) La
cada de tensi6n no sea mayor del 2.5%(b) La cada de tensi6n total
mxima en el alimentador y los circuitos derivadoshasta la salida 0
punta de utilizaci6n mas alejado, no exceda del 4 %.(3) En la
aplicaci6n de la Sub-regIa (1) anterior se debe emplear la
cargaconectada al circuito derivado, si esta es conocida; en caso
contrario, el 80% dela menor capacidad nominal de rgimen de los
dispositivos de protecci6n delcircuito derivado contra sobre carga
o sobrecorriente.
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Seccin 050-104 "Carga Mxima de Circuitos"(1) La corriente
nominal de una acometida, alimentador o circuito derivado debe
ser
la que resulte menor entre la capacidad nominal del dispositivo
de protecci6ncontra sobre-corrientes del circuito y la capacidad
nominal de los conductores.
(2) La carga calculada para un circuito no debe exceder a la
corriente nominal delcircuito.
(3) La carga calculada para una acometida, alimentador o
circuito derivado debeser considerada como una carga continua, a
menos que pueda demostrarseque tal valor no persistir por mas de
:
(a) Un total de una hora en periodos de dos horas si la
corriente no excede de 225A, 0
(b) Un total de tres horas en periodos de seis horas, si la
corriente es mayor que225 A Otros especificados en el CNE-U
(1) El dimensionamiento de conductores e interruptores
determinados de acuerdocon esta secci6n, deben ser los mnimos a
emplear; salvo que a lasdimensiones normalizadas inmediatamente
inferiores, corresponda unacapacidad de hasta 5% menor que la
calculada, en cuyo caso se pueden utilizarestos conductores e
interruptores.
(2) Cuando el diseo de una instalaci6n se base en requerimientos
superiores a losdados en esta secci6n, las capacidades de
acometidas y alimentadores debenincrementarse
correspondientemente.
(3) Cuando se instalen dos o ms cargas de las cuales solo una
puede ser utilizadaa la vez, se debe considerar la carga mayor en
el calculo de la demanda.
(4) Cuando un alimentador sirve cargas de naturaleza cclica o
similar, de modoque la carga total conectada no debe ser alimentada
al mismo tiempo, lacapacidad de conduccin del alimentador se debe
calcular para la mximacarga que pueda ser servida en un tiempo
dado.
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050-106 Utilizacin de Factores de Demanda
(1) El dimensionamiento de conductores e interruptores
determinados deacuerdo con esta Seccin, deben ser los mnimos a
emplear; salvo quea las dimensiones normalizadas inmediatamente
inferiores, correspondauna capacidad hasta 5% menor que la
calculada, en cuyo caso sepueden utilizar estos conductores e
interruptores.
(2) En cualquier caso diferente al de una acometida calculada
segn lasReglas 050-200 y 050-202, cuando el diseo de una instalacin
se baseen requerimientos superiores a los dados en esta Seccin,
lascapacidades de acometidas y alimentadores deben
incrementarsecorrespondientemente.
(3) Cuando se instalen 2 o ms cargas de las cuales slo una pueda
serutilizada a la vez, se debe considerar la carga mayor en el
clculo de lademanda.
(4) En el caso de cargas de calefaccin ambiental y de aire
acondicionado,que no se utilizan simultneamente, la mayor debe ser
considerada enel clculo de la demanda.
(5) Cuando un alimentador sirve cargas de naturaleza cclica o
similar, demodo que la carga total conectada no debe ser alimentada
al mismotiempo, la capacidad de conduccin del alimentador se debe
calcularpara la mxima carga que pueda ser servida en un tiempo
dado.
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3.6.- APLICACIONESPRACTICAS
REFERENCIAS:CDIGO NACIONAL DE ELECTRICIDADUTILIZACIN
CNE-UREGLAMENTO NACIONAL DEEDIFICACIONES RNECDIGO NACIONAL DE
ELECTRICIDADSUMINISTRO CNE-SNORMAS DGE/MEM NTP OTROSNORMAS
REFERENCIALES EXTRANJERASUNE, NEMA etc.
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RNE - ARTICULO 4
EVALUACIN DE LA DEMANDALos Proyectos debern de incluir unanlisis
de la potencia instalada ydemanda mxima de potencia querequieren
las instalaciones proyectadas.
La evaluacin de la demanda podrrealizarse por cualquiera de los
dosmtodos que se describe:
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METODO 1.- considerando las cargasrealmente a instalarse, los
factores dedemanda y simultaneidad que seobtendran durante la
operacin de lasinstalaciones.
METODO 2.- Considerando las cargasunitarias y los factores de
demanda queestipula el CNE-U o las normas de la
DGEcorrespondientes; el factor desimultaneidad entre las cargas
serasumido y justificado por el proyectista
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30
Red de Distribucin
Caja de toma y/ode medicin
(Contador de Energa)
(a) Conductor de acometida1% Mximo(Ver Norma deConexiones de
BT)
2,5% Mximo(b) Alimentador
CargaContratada
(c) Circuito Derivado 2,5% Mximo
4% Mximo
Punto de Entrega
Mxima Cada de
Tensin Permisible
050-102 Cada de Tensin
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31
ESQUEMA DE DISTRIBUCION PUESTA A TIERRA
R
S
T
Caja de AcometidaCaja de Medicin
Tablero General
Conductor Neutro
N
Conductor depuesta a tierra
Conductor de Fase
Tierra delsuministrador
Sistema deDistribucin
Conductor deEnlace Equipotencial
Conductor deProteccin PEVerde-amarillo
Puesta a tierraInstalaciones
internas
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APLICACIONES PRACTICAS
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Gracias