UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA TRABAJO DE SUFICIENCIA PROFESIONAL Cálculo y selección del centro de control de motores en baja tensión para sistema de tratamiento de efluentes por contaminantes orgánicos y bioquímicos para Petroperú - Lima Presentado por el bachiller: Jesus Angel Alvarez Canchi Para optar el Título Profesional de: Ingeniero Electricista Asesor: Mikhail Venancio Carcausto Tapia AREQUIPA - PERU 2020
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Transcript
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA
TRABAJO DE SUFICIENCIA PROFESIONAL
Cálculo y selección del centro de control de motores en baja tensión para sistema de
tratamiento de efluentes por contaminantes orgánicos y bioquímicos para Petroperú - Lima
Presentado por el bachiller:
Jesus Angel Alvarez Canchi
Para optar el Título Profesional de:
Ingeniero Electricista
Asesor:
Mikhail Venancio Carcausto Tapia
AREQUIPA - PERU
2020
Dedicatoria
A MI ESPOSA E HIJOS:
Por su paciencia, amor, cariño
y confianza que me estimularon
en la ejecución de la tesis. A
ellos mi respeto y admiración.
A MIS PADRES:
Mi reconocimiento por el
apoyo constante que supieron
brindarme, el mismo que
contribuyo a mi formación
integral y al logro de mis
aspiraciones.
RESUMEN
El presente informe muestra los resultados de los estudios desarrollados para el
Cálculo y Selección del Centro de Control de Motores en Baja Tensión para
Sistema de Tratamiento de Efluentes por Contaminantes Orgánicos y
Bioquímicos para el cual Petróleos del Perú S.A. ha desarrollado la ingeniería de
Detalle. El proyecto se encuentra ubicado dentro de las instalaciones del cliente
a la altura del Km 26.5 de la antigua Panamericana Sur Conchan, a unos
doscientos metros adyacente a dicha carretera hacia el mar, de propiedad de
Petroperú del Distrito de Lurín, Provincia y Departamento de Lima para el año
2018-2019, por lo que se requiere Controlar dichas facilidades para no afectar la
continuidad de la operación de la Planta Industrial de la Refinería Conchan por
tal motivo el cliente requiere de un Estudio que garantice la seguridad de su
personal así como del equipamiento a implementarse en estas nuevas
instalaciones. Con los Estudios de Flujo de Potencia, Cortocircuito y Selectividad
de Protecciones, el presente informe corrobora el correcto diseño, así como la
correcta selección de los Dispositivos Electromecánicos del Centro de Control de
Motores de Baja Tensión a instalarse en la Planta del Sistema de Tratamiento
de Efluentes por Contaminantes Orgánicos y Bioquímicos.
Palabras Clave: Centro Control de Motores en Baja Tensión, Sistema Eléctrico, Efluentes
Orgánicos y Bioquímicos, ETAP.
ABSTRACT
This report shows the results of the studies developed for the Calculation and
Selection of the Low Voltage Motor Control Center for Effluent Treatment System
for Organic and Biochemical Contaminants for which Petróleos del Perú S.A. He
has developed the Detail engineering. The project is located within the client's
facilities at Km 26.5 of the old Panamericana Sur Conchan, about two hundred
meters adjacent to said highway to the sea, owned by Petroperú of the District of
Lurín, Province and Department of Lima for the year 2018-2019, so it is required
to control these facilities so as not to affect the continuity of the operation of the
Conchan Refinery Industrial Plant, for this reason the client requires a study that
guarantees the safety of its personnel as well as the equipment to be
implemented in these new facilities. With the Studies of Power Flow, Short Circuit
and Selectivity of Protections, this report corroborates the correct design, as well
as the correct selection of the Electromechanical Devices of the Control Center
of Low Voltage Motors to be installed in the Plant of the Treatment System of
Effluents by Organic and Biochemical Contaminants.
Keywords: Low Voltage Motor Control Center, Electrical System, Organic and
Biochemical Effluents, ETAP.
INDICE
PARTE I CURRICULUM VITAE ..........................................................................x
PARTE II CURRICULUM DE LA EMPRESA ..................................................... xx
PARTE III INFORME DE EXPERIENCIA PROFESIONAL.............................. xxx
“CALCULO Y SELECCIÓN DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES EN
BAJA TENSIÓN PARA SISTEMA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES POR
CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y BIOQUÍMICOS PARA PETROPERÚ -
Ing. Eléctrica en la especialidad de Energía Elaborando Trabajos para Empresas Bajo Presión, cumpliendo las funciones de Diseñador, Calculista, creativo, audaz y responsable y con ganas de superarse y aprender más cada día en la oportunidad que se presente.
DATOS PERSONALES
DOMICILIO : Calle Belén Nro. 137 San Juan De Dios.
Cursos de Computación (Info) En La Escuela Internacional de Gerencia
(E.I.G.E.R).
Cursos de Computación (Windows) En La Escuela
Internacional de Gerencia (E.I.G.E.R).
Cursos de Computación (Microsoft Excel 2000- Básico) En el Instituto de
Informática Unsa.
“Factores Para La Mejora Sostenida Del Servicio Eléctrico Arequipa” En
el Colegio de Ingenieros.
“Experiencias E Inquietudes En La Aplicación Del Reglamento De
Seguridad E Higiene Ocupacional Del sub.- Sector Eléctrico” En el
Colegio de Ingenieros.
“Mantenimiento De sub.-Estaciones Y Redes Eléctricas Energizadas” En
el Colegio de Ingenieros.
Cursos de Computación (Autocad 2004 - Basico) En el instituto de
Informática Unsa.
Cursos de Computación (Microsoft Visual Basic – Básico) En el Instituto
de Informática Unsa.
“Xi Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería
Mecánica Eléctrica, Electrónica y Ramas Afines” En la
Universidad de Nacional de Piura.
“Ensamblaje, Reparación, Configuración, Actualización y
Mantenimiento De Computadoras” En la Escuela
Profesional de Ingeniería de Sistemas.
“Seminario Internacional De Ingeniería Eléctrica” En la Universidad
Nacional de San Agustín.
“Ingles Básico” En La Escuela Internacional De Gerencia
(E.I.G.E.R).
PRACTICAS PRE-PROFESIONALES.
Cargo desempeñado como practicante en el área de electricidad en la construcción y mantenimiento de Rebobinados de motores eléctricos monofasicos y trifásicos en la empresa “EL CIRCUITO S.A” a cargo del Maestro Técnico Faustino Coa. En el periodo desde el 1 de Septiembre del 2003 al 21 de Noviembre del 2003.
Cargo desempeñado como practicante de ingeniería eléctrica en el Área Industrial de la Minera Ares S.A.C (Unidad Operativa Arcata) a cargo del Ingeniero Tito Minojosa Ramos (Residente Micgsa) en el periodo desde el 01 de Noviembre del 2004 al 31 de Marzo del 2005.
Cargo desempeñado como practicante de ingeniería eléctrica en el área del sistema comercial y distribución de la localidad de Moquegua en la empresa “ELECTROSUR S.A” a cargo del Ingeniero Froilán Calderón en el periodo desde el 19 de Mayo del 2005 al 15 de Agosto del 2005.
Actividades formativas realizadas en la empresa “ELECTROSUR S.A”
En la oficina (Gerencia Comercial)
Capacitación sobre el proceso de Facturación. Capacitación respecto a las normas legales que regulan la
prestación del servicio público de electricidad. Adiestramiento en la identificación y modalidades de sustracción
clandestina de energía eléctrica. Aprendizaje al software del “SIGCOM” aplicado al sistema comercial
de la empresa. Verificación de las rutas de facturación existentes. Capacitación de la atención de los reclamos por exceso de
facturación.
PRACTICAS PRE-PROFESIONALES.
- EMPRESA VEPESA SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO “Edificación Británico Arequipa De La Asociación Cultural Peruano Británica”, encargado como RESIDENTE DE OBRA DE IIEE en la Empresa VEPESA S.A.C desde el periodo 01/03/2019 hasta la Fecha Actual.
- EMPRESA DLC INGENIEROS PROYECTOS Y CONSTRUCCIONES SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO “REFINERIA CONCHAN – ELFUENTES INDUSTRIALES”, encargado como JEFE DE OFICINA TECNICA EN AREA DE ELECTRICIDAD E INSTRUMENTACION en la Empresa DLC INGENIEROS PROYECTOS Y CONSTRUCCIONES S.A.C desde el periodo 01/11/2018 hasta 30/01/2019.
- EMPRESA CONSORCIO ICSE.
Se me contrato para EL PROYECTO “Trabajos de Diseño, Suministro de Equipos e Instalación de Sistema de Tratamiento de Efluentes por Contaminantes Orgánicos y Bioquímicos”, encargado como JEFE DE OFICINA TECNICA EN AREA DE ELECTRICIDAD E INSTRUMENTACION en la Empresa CONSORCIO ICSE desde el periodo 10/12/2017 hasta 15/06/18.
- EMPRESA A&R INGENIERIA, PROCESOS Y CONSTRUCCIONES GENERALES SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO INSTALACIONES ELECTRICAS DE MEDIA Y BAJA TENSION encargado como JEFE DE PROYECTOS en la Empresa A&R INGENIERIA PROCESOS Y CONSTRUCCIONES GENERALES S.A.C desde el periodo 03/04/2016 hasta 30/11/2017.
- EMPRESA GyF COMERCIO E INVERSIONES SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO INSTALACIONES MENORES EN CASA FUERZA ( SUB ESTACION ELECTRICA ) DE MEDIA Y BAJA TENSION encargado como JEFE DE OFICINA TECNICA en
la Empresa GYF COMERCIO E INVERSIONES S.A.C desde el periodo 06/09/2015 hasta el 10/03/2016
- EMPRESA GyF COMERCIO E INVERSIONES SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO SISTEMA DE PROTECCION ATMOSFEICA Y MALLA A TIERRA DE MEDIA Y BAJA TENSION encargado como JEFE DE OFICINA TECNICA en la Empresa GYF COMERCIO E INVERSIONES SAC desde el periodo 10/07/2015 hasta 05/09/2015.
- EMPRESA INDUSTRIAL CONTROL SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO SISTEMA DE RECEPCIÓN, ALMACENAMIENTO Y EMBARQUE DE MINERALES Y AMARRADERO “F” EN BAHÍA ISLAY encargado como JEFE DE OFICINA TECNICA en la Empresa INDUSTRIAL CONTROL S.A.C desde el periodo 05/03/2015 hasta 05/07/2015.
- EMPRESA FABTECH (FABRICATORS AND TECHNOLOGY) SAC.
Se me contrato para EL PROYECTO PRESA DE FILTRADO DE RELAVES YURACYACU PARA EL CLIENTE CONSORCIO MINERO HORIZONTE UBICADO EN LA LIBERTAD-RETAMAS-PÍAS encargado como JEFE DE AREA DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL en la Empresa FABRICATORS AND TECHNOLOGY S.A.C desde el periodo 01/07/2014 hasta 28/02/2015
- EMPRESA CORP PERU SRL.
Se me contrato para EL LEVANTAMIENTO DE REDES EXISTENTES EN EL TALLER DE SERVICIOS METSO – AQP ZAMACOLA como JEFE DE PROYECTOS en la Empresa CORP PERU E INVERSIONES SRL desde el periodo 16/03/2014 hasta 30/06/2014.
- EMPRESA CORP PERU SRL.
Se me contrato para LA INSTALACION DE SISTEMA DE SEGURIDAD DE CAMARAS CCTV EN EL COLEGIO GRAN UNIDAD MARIANO MELGAR AQP como JEFE DE PROYECTOS en la Empresa CORP PERU E INVERSIONES SRL desde el periodo 16/03/2014 hasta 30/06/2014.
- EMPRESA MANFER SRL.
Se me contrato para LA CONSTRUCCION DE LA NAVE INDUSTRIAL TALLER DE SERVICIOS METSO – AQP ZAMACOLA como ING DE CAMPO DE INSTALACIONES en la Empresa MANFER S.R.L desde el periodo20/09/2013 hasta 15/03/2014
- EMPRESA ELMYA PERU SAC.
Se me contrato para LA CONSTRUCCION DE LA NAVE INDUSTRIAL INCATOPS – AQP ZAMACOLA como ING DE CAMPO DE INSTALACIONES en la Empresa ELMYA PERU S.A.C desde el periodo 22/04/2013 hasta 11/09/2013.
- EMPRESA MASTERWALL SA.
Se me contrato para LA CONSTRUCCION DE LA TIENDA PARIS AQP CERRO COLORADO como ING DE CAMPO DE INSTALACIONES en la Empresa MASTERWALL S.A desde el periodo 22/11/2012 hasta 10/03/2013.
- EMPRESA SELECT SAC (MONTAJES ELECTRICOS).
Se me contrato para el CENTRO COMERCIAL PLAZA NORTE como SUPERVISOR ELECTRICISTA en la Empresa MONTAJES ELECTRICOS SELECT S.AC desde el periodo 26/06/2012 hasta 12/09/2012
- EMPRESA CONSORCIO BECTHEL – GRAÑA Y MONTERO.
Se me contrato para el PROYECTO ANTAPACAY DE LA COMPAÑÍA MINERA XSTRATA COPPER TINTAYA - ANTAPACAY como ASISTENTE DE TERRENO en la Empresa CONSORCIO BECTHEL – GRAÑA Y MONTERO desde el periodo 25/03/2012 hasta 18/06/2012.
- EMPRESA CONSORCIO SJT ( SALFA MONTAJES, JJC Y TECNICAS METALICAS) SA.
Se me contrato para el PROYECTO TRUCK SHOP DE LA COMPAÑÍA MINERA XSTRATA COPPER TINTAYA - ANTAPACAY como ASISTENTE DE OFICINA TECNICA en la Empresa CONSORCIO SJT S.A realizando trabajos para la Empresa BECHTEL desde el periodo 07/11/2011 hasta 15/03/2012.
- EMPRESA CONSORCIO GRAÑA Y MONTERO Y COSAPI SA.
Se me contrato para el PROYECTO EXPANSION ANTAMINA como ASISTENTE DE CAMPO en la Empresa CONSORCIO GRAÑA Y MONTERO – COSAPI S.A realizando trabajos para la Empresa AKER SOLUTION desde el periodo 25/07/2011 hasta el 13/10/2011.
- EMPRESA ELECTROSAN SRL.
Se me contrato para la OBRA SISTEMA DE MEDICION DE AGUA HELADA en el C.C Parque lambramani como SUPERVISOR DE OBRA en la Empresa ELECTROSAN SERVICIOS Y SUMINISTROS ELECTRICOS INDUSTRIALES S.R.L desde el periodo 01/04/2010
hasta el 18/07/2011.
- EMPRESA DIAR INGENIEROS SA.
Se me contrato para la OBRA CENTRO COMERCIAL PARQUE LAMBRAMANI - AREQUIPA como Asistente del Ing. Residente en la Empresa DIAR INGENIEROS S.A desde el periodo 26/07/2010 hasta el 26/03/2011.
- EMPRESA GRAÑA Y MONTERO (GyM) SA.
Se me contrato para el Proyecto 1620 - PAMPA MELCHORITA – PERU LNG como ASISTENTE DE OFICINA TECNICA en la Empresa GRAÑA Y MONTERO S.A realizando trabajos para la Empresa CB&I desde el periodo 08/02/2010 hasta el 28/02/2010.
- EMPRESA GRAÑA Y MONTERO (GyM) SA.
Se me contrato para el Proyecto 1620 - PAMPA MELCHORITA – PERU LNG como ASISTENTE DE CAMPO técnico JEFE DE GRUPO de la Empresa GRAÑA Y MONTERO S.A realizando trabajos para la Empresa CB&I desde el periodo 26/03/2009 hasta el 07/02/2010.
- EMPRESA CAME SA.
Se me contrato para la PARADA como AISTENTE DE MANTENIMIENTO ELECTRICO MINA a cargo del Ing. Víctor Medrano de la Empresa CAME S.A realizando trabajos en la Empresa Minera ANTAMINA S.A desde el periodo 07/02/2009 hasta el 14/02/2009.
- EMPRESA CODIMSUR SRL.
Labore en la Empresa CODIMSUR S.R.Ltda Se me contrato como ASISTENTE DE PROYECTOS en la elaboración de proyectos de electrificación Rural en media y baja tensión para la OBRA PEQUEÑO SISTEMA ELÉCTRICO NUEVO SEASME II ETAPA, Dpto. de Amazonas y Loreto Contrato Nro 013 – 2008 MEM/DGER (Ministerio de Energía y Minas / Dirección General de Electrificación Rural) a cargo del Ingeniero Oscar Mamani en el periodo desde el 1 de Mayo del 2008 al 31 de Julio del 2008.
- EMPRESA ELECTRORED INGENIEROS SRL.
Labore en la Empresa ELECTRORED INGENIEROS S.R.L Se me contrato como ASISTENTE EN LA ELABORACIÓN DE PROYECTOS de electrificación en media y baja tensión a cargo del Ingeniero Miguel Jove Quispe en el periodo desde el 1 de Enero del 2007 al 31 de Marzo del 2007.
- EMPRESA SOCIEDAD DE SERVICIOS COMERCIALES MULTIPLES (SCM) SRL .
Labore en la empresa Contratista “S.C.M” (Sociedad de Servicios Comerciales Múltiples S.R.Ltda). Se me contrato como ASISTENTE DEL SERVICIO DE DETECCIÓN DE FALLAS DE AISLAMIENTO C.AL – 171-2005 – SEAL, servicio que se brinda a la empresa distribuidora de Energía Eléctrica SEAL – AREQUIPA, en donde se realiza los siguientes trabajos:
Atención a reclamos por calidad de producto y/o suministro. Atención a las campañas de Osinerg por calidad de producto, de
acuerdo a lo que establece la norma técnica de calidad de los servicios eléctricos (N.T.C.S.E).
Análisis de la frecuencia de interrupciones registradas al final del semestre, para poder determinar las compensaciones, tal como establece la norma técnica de calidad de los servicios eléctricos (N.T.C.S.E).
Análisis de las fallas producidas en Baja, Media y Alta Tensión. Detección de hilos a tierra en las redes aéreas de Baja Tensión. Inspección de alimentadores de Media Tensión. Levantamientos de observaciones de Osinerg en los cortes
programados. Verificación de protección y ajuste de conectores en los CUT –
OUT de línea o CUT – OUT de las subestaciones. En el periodo desde el 25 de Agosto del 2006 al 20 de Noviembre del 2006.
- EMPRESA MINERA MILPO SA
Cargo desempeñado como ASISTENTE EN EL ÁREA DE PROYECTOS de la Compañía Minera Milpo S.A con RUC Nro 20100110513 Unidad Minera Cerro Lindo a cargo del Ingeniero Cesar Mazabal Galarza (Jefe del Área de Proyectos) en el periodo desde el 01 de Mayo del 2006 al 31 de Julio del 2006.
REFERENCIA CALIFICADA.
Ing Oscar Mamani. ( Ing. Mecánico - Electricista ) Empresa Codimsur S.R.L Cel. 95-9643015
Ing Víctor Medrano ( Ing. Electricista ) Empresa Came S.A RPM #231056
Ing. Javier Aldoradin Tejada (Jefe de Área Electrica-Instrumentacion) Empresa Consorcio SJT S.A Cel. 990203655 RPM #990203655
Ing. Richard Carbajal (Gerente de Proyectos) MASTERWALL S.A Cel. 989048354.
Ing. Esaú Zanabria (Gerente de Proyectos) ELMYA PERU S.A.C Cel. 981212874.
Ing. Luis Calle (Gerente de Proyectos) MANFER S.R.L Cel. 995233551.
Ing. Miguel de la Cruz (Gerente de Proyectos) FABTECH SAC Cel. 975138053.
Ing. Miguel de la Cruz (Gerente General) DLC INGENIEROS, PROYECTOS Y CONSTRUCCION SAC Cel. 975138053.
xx
PARTE II CURRICULUM DE LA EMPRESA
DATOS DE LA EMPRESA
RAZON SOCIAL:
ECSGO S.A.C
RUC:
20455427933
DIRECCIÓN:
CAL.MINERVA 111 MZA. G LOTE. 17 URB. JOSE C. MARIATEGUI AREQUIPA - AREQUIPA – PAUCARPATA
El ámbito de aplicación y de utilidad de la energía eléctrica es muy amplio
a tal grado que se afirma, sin temor a equivocarse, que de no existir
energía eléctrica no se tendría desarrollo industrial o estaría muy limitado.
La evolución del conocimiento, la ciencia y la tecnología han permitido
darle mayor optimización a su uso; más aún, para cada tipo de instalación
se requiere atender las especificaciones normativas a fin de garantizar
una instalación eléctrica adecuada.
En este contexto las instalaciones referidas al Tratamiento de Efluentes
Por Contaminantes Orgánicos y Bioquímicos se consideran con
instalaciones especiales toda vez que debe existir la garantía de que no
presentaran daño, que puedan poner en peligro al propio Efluente y lo
más importante a las personas y a sus bienes.
Por lo anterior, el diseño de los circuitos Derivados al CCM de Baja
Tension de este trabajo requiere de atender plenamente la normatividad
establecida.
Considerando este criterio, se integra primero:
En el Capítulo I, Generalidades del Proyecto para el sistema de
tratamiento de efluentes por contaminantes orgánicos y
bioquímicos.
En el Capítulo II, se hace una descripción del CCM, requerido para
atender la parte eléctrica de este proyecto.
En el Capítulo III se contempla el Cálculo de Máxima Demanda del
sistema eléctrico.
En el Capítulo IV se contempla el Cálculo de los Cables Eléctricos
Alimentadores y Sub Alimentadores del sistema eléctrico.
2
En el Capítulo V se contempla el Cálculo de Flujo de Potencia y
Corto Circuito del sistema eléctrico.
Finalmente, En el Capítulo VI se contempla la Selección del Centro
de Control de Motores en Baja Tensión Para el Sistema de
Tratamiento de Efluentes Por Contaminantes Orgánicos y
Bioquímicos.
1.2. DETERMINACION DEL PROBLEMA.
Los Efluentes Industriales Actuales conformados por efluentes aceitosos,
de drenaje y pluviales, efluentes químicos, considerados de vertido
continuo; están siguiendo un pretratamiento en la unidad de flotación tipo
DAF y en un filtro prensa (Etapa I).
El presente proyecto contempla la nueva planta de tratamiento de
efluentes Industriales que será consecutiva a la unidad de
flotación/filtración, el cual se Opto en realizar el Calculo y Seleccion de un
Centro de Control de Motores en Baja Tension controlando
adecuadamente el Sistema Electrico de la Planta.
1.3. OBJETIVOS.
1.3.1 OBJETIVO GENERAL.
Diseñar un Centro de Control de Motores a partir de una serie de equipos
y datos para poder desarrollar nuestras destrezas en el diseño, cálculos
y construcción de este equipo de alta importancia y alta frecuencia de
utilización en las instalaciones industriales.
Determinar parámetros del diseño eléctrico de circuitos derivados del
Centro de Control de Motores requerido para el proyecto del sistema de
tratamiento de efluentes por contaminantes orgánicos y bioquímicos.
3
1.3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.
- Facilitar las tareas de mantenimiento de motores de una empresa
a través de la integración de estos equipos dentro de un mismo
sistema.
- Proteger a los dispositivos de control de un sistema de medios
peligrosos
- Diseñar a partir de la necesidad de disminuir los costos, que
pueden ser mediante el ahorro de energía.
- Cálculo y dimensionamiento de los conductores para los
diferentes equipos y poder hacer el requerimiento de estos.
- Cálculo de caída de tensión para cada una de las barras
principales del sistema para el diseño el CCM en baja tensión
- Cálculo de la máxima demanda requerida para el sistema para el
diseño el CCM en baja tensión.
- Cálculo de corriente de corto circuito para la selección de las
protecciones del sistema para el diseño el CCM en baja tensión.
1.4. DESCRIPCION DEL PROYECTO.
El proyecto corresponde al desarrollo del Calculo Y Selección Del
Centro De Control De Motores En Baja Tensión Para Sistema De
Tratamiento De Efluentes Por Contaminantes Orgánicos Y
Bioquímicos, el cual comprende en general los siguientes sistemas:
- Poza de Almacenamiento Volumen 544 m3
- Poza Bio I Volumen 524 m3
- Poza Bio II Volumen 524 m3
- Poza Anoxia volumen279 m3
- Poza Homogenización 637 m3
- Sala de Fuerza y Control
- Decantador
4
1.1 NORMA TECNICAS.
1.1 IMPORTANCIA DEL TEMA.
- Arquetas
- Poza de ozonificación
- Sala de almacenamiento de productos químicos
- Área de Soplantes.
UBICACIÓN GEOGRAFICA
El área correspondiente al presente proyecto está ubicado a la altura
del Km 26.5 de la antigua Panamericana Sur Conchan, a unos
doscientos metros adyacente a dicha carretera hacia el mar, de
propiedad de Petroperú del Distrito de Lurín, Provincia y Departamento
de Lima.
Figura N° 1.2.- UBICACIÓN DEL AREA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
Figura N° 1.1.- UBICACIÓN GEOGRAFICA DEL PROYECTO
5
LIMITES DE BATERIA
En general; los límites de batería a contemplar por el ofertante dentro
del alcance de la presente oferta son los indicados en los planos de
implantación, incluidos como Anexos a la presente requisición.
La zona prevista para la instalación de la nueva unidad se ubica dentro
de la parcela de la actual planta de aguas servidas, al este de la
misma, en un área delimitada por los siguientes límites:
Norte: Con el cerco perimétrico actual planta de aguas servidas.
Sur: Con el cerco Perimétrico que separa la propiedad
de PETROPERÚ con respecto al dominio público de la playa.
Este: Con el cerco perimétrico actual planta de aguas servidas.
Oeste: Con el vial actual de acceso a la planta de aguas
servidas.
1.5. NORMA TECNICAS.
Para el Diseño y Especificaciones del Calculo Y Selección Del Centro
De Control De Motores En Baja Tensión Para Sistema De
Tratamiento De Efluentes Por Contaminantes Orgánicos Y
Bioquímicos a proyectar, se utilizan la última edición de las Normas,
Guías de Diseño y/o Estándares indicados en la Lista de Normas y
Códigos siguientes.
NEMA ICS 1-2000 : Normas Generales para Control de
Sistemas Industriales.
NEMA ICS 2-2000 : Control de Sistemas Industriales.
Controladores, Contactores y Relés
de Sobrecarga Nominal de 600 Voltios.
NEMA ICS 4-2005 : Bloques Terminales.
NEMA ICS 6- 1993 : Control de Sistemas Industriales.
NEMA ICS 18-2001 : Centro de Control de Motor.
NEMA ICS 2 Part 8-1998: Control de Sistemas Industriales:
Controladores, Contactores y Relés de
6
Sobrecarga, nominal no más de 2000
Voltios AC o 750 Voltios DC parte 8:
Dispositivos de Desconexión para uso en
Equipos de Control Industrial.
NEMA-250-2003 : Cajas para Equipamiento Eléctrico
(máximo 100 Voltios)
NEMA-PB-2-1995 : Interruptor de Distribución de Frente
Muerto.
ANSI C 57-13-1993 : Requisitos Estándar para Transformadores
de Instrumentación.
NEMA SG3-1995 : Equipo de Interrupción de Potencia.
ANSI C37.20.1-2002 : Estándares para Gabinetes Metálicos de
baja tensión con Interruptor Automático de
Potencia.
DS-055-2010-EM : Reglamento de Salud y Seguridad
Ocupacional en Minería.
UL 508 : Equipamiento Control Industrial
UL 508C : Equipos de conversión de energía
UL 50 : Cajas para equipos eléctricos no
Ambientales-Consideraciones
NFPA 70E : Norma para la seguridad eléctrica en el
lugar de trabajo
NFPA 70 : National electrical code (NEC) Softbound,
2014 edition
NEMA ICS 1B : Centro de control de motores
IEEE 1584 : Guía para realización de cálculos Arc-Flash
de peligro.
IEEE 693 : Calificación sísmica de compuestos para
Subestaciones de Equipos de alto voltaje
7
1.6. IMPORTANCIA DEL TEMA.
En la actualidad toda empresa industrial cuenta con máquinas
eléctricas, las cuales tienen como pieza fundamental al motor
eléctrico, y este a su vez se encuentra controlada por un tablero
eléctrico de fuerza y de control. Bien sabemos que una empresa
industrial cuenta con más de una maquina eléctrica y por ende por
más de 1 motor eléctrico y en la actualidad cada motor es
controlado por su tablero lo cual está cerca del mismo. Lo que se
quiere es Diseñar el Cálculo Y Selección Del Centro De Control De
Motores En Baja Tensión Para Sistema De Tratamiento De
Efluentes Por Contaminantes Orgánicos Y Bioquímicos, lo cual nos
permitirá tener en un solo gabinete todo el sistema de control y
fuerza del conjunto de motores, los cuales estarán independizados
para su respectivo mantenimiento o posible falla en su
funcionamiento, para cualquier maniobra que desee realizarse y así
mismo para el chequeo de parte del personal responsable para que
de esta manera se pueda realizar un trabajo sofisticado. Este
tipo de maquina se diseña a partir de la necesidad de reducir los
costos y simplificar el diseño y construcción de los procesos
productivos.
Una vez determinadas las necesidades se procede a realizar el
estudio de diagnóstico para el desarrollo del proyecto,
determinándose que dada las características es factible la
ampliación del Sistema De Tratamiento De Efluentes Por
Contaminantes Orgánicos Y Bioquímicos, que implica también el
desarrollo del proyecto eléctrico correspondiente.
A continuación se puede apreciar las Caracteristicas del CCM en
baja tensión del proyecto Sistema De Tratamiento De Efluentes Por
Contaminantes Orgánicos Y Bioquímicos:
8
DATOS CARACTERÍSTICA A DETERMINAR
Tipo de alimentación al CCM · Un interruptor de acometida.
Datos del Sistema · 480 VAC, 60 Hz, 3F+T. (fuerza)
· 230 VAC, 60 Hz, 3F+T. (para red de
Iluminación y Tomas Industriales)
Tension de diseño 600 volt
Tensión de operación: 480 volt
230 volt
Tipo de interruptor principal: · Electromagnético
Clase de CCM y Alambrado · Clase I Tipo B
Gabinete o envolvente
Nema 1 Servicio interior, (con empaque de
neopreno de poro cerrado en puertas para restringir la entrada de polvo) Nema 3R Servicio intemperie sin
pasillo interno
Llegada y salida de cables · Inferior (Normal)
· Superior
Corriente nominal de alimentación y capacidad de las Barras horizontals
600, 800, 1200, 1600, 2000 y 2500 A
Barras verticals 300 A mínimo
Cortocircuito de la estructura e interruptores termomagnéticos, electromagnéticos o cortocircuito más bajo de cualquier unidad combinada o alimentadora en derivación
Para CCM en 480 volt
· 15 000 A Para CCM en 230 volt
· 10 000 A
Fuente. Cuadro de Resumen de datos del Centro de
Control de Motores en Baja Tensión.
9
CAPITULO II
CENTRO DE CONTROL DE MOTORES EN BAJA TENSION
(MARCO TEORICO)
2.1 INTRODUCCION.
En este capítulo se podrá apreciar que en algunos de los sistemas eléctricos
de las instalaciones se requieren equipos destinados para el arranque, paro,
control, protección, medición, monitoreo de equipos y motores en baja
tensión agrupados en un envolvente y ensamble vertical. Por motivos de
seguridad de los operadores y de las maquinas estos equipos deben operar
de manera eficiente, segura y tener garantía de calidad de los materiales con
los que se fabriquen.
Bajo estas consideraciones se describen las partes principales del CCM,
desde sus características eléctricas hasta aspectos físicos.
2.2 DEFINICION DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES.
Un Centro de Control de Motores o C.C.M. por definición es un arreglo de
varias unidades agrupadas para proteger un determinado grupo de motores,
como también lograr a través de su cableado interior el automatismo
necesario para realizar un determinado proceso. La ventaja que ofrece este
sistema es que permite tanto la supervisión como la operación con un mínimo
costo.
Las unidades de protección y de corte de circuitos pueden ser: interruptores
termomagnéticos, guardamotores o fusibles para protección de motores. Los
tipos de arranque para cada motor pueden ser: de plena tensión (arranque
directo), reversible, Estrella – Triángulo (arranque con voltaje reducido),
variador de frecuencia (arranque inducido) y por controladores programables
(PLC).
10
Figura N° 2.1.- Diseño del CCM en baja tension
Los CCM se proporcionan con alambrado Clase I o Clase II; con cualquiera
de las clases el usuario puede especificar el arreglo físico de las unidades
dentro del centro de control de motores (sujeto a los parámetros de diseño).
La ventaja que ofrece este sistema es que permite tanto la supervisión como
la operación con un mínimo costo. Los CCM son utilizados como eslabón de
unión entre los equipos de generación y los consumidores finales tales como
motores, equipos de climatización, etc. Los CCM ofrecen la ventaja de
integrar dentro de un mismo gabinete los sistemas arrancadores de motores
de distintas áreas de una planta, así como el sistema de distribución de la
misma, al utilizar este equipamiento se reducen los costos ya que la líneas
de alimentación llegan a un solo lugar (el CCM) y desde allí salen los cables
de poder y de control hacia las cargas finales.
2.3 OPERACIÓN Y USO DE MOTORES.
Los motores eléctricos juegan un papel sobresaliente en el desarrollo
industrial. Un motor eléctrico es un equipo que convierte la energía eléctrica
en energía mecánica, utilizando las propiedades magnéticas de la corriente
eléctrica.
Existen motores monofásicos y polifásicos: los monofásicos operan
haciendo uso de una sola fase (un solo hilo) de un sistema eléctrico
determinado y los polifásicos utilizan varias fases, en estos últimos se
encuentran los motores trifásicos en sus distintas configuraciones. Cabe
11
señalar que a nivel industrial se usan más los motores trifásicos en atención
a la potencia requerida y la operación del sistema eléctrico. Así mismo, se
tienen diferentes tipos de motores de corriente alterna: monofásicos, de
inducción, tipo jaula de ardilla y de uso general en potencia nominal de 0.180
a 1.500 kW, entre otros.
El motor de inducción, en particular el de tipo jaula de ardilla se puede
clasificar en:
Clase A: Es un motor normal o estándar fabricado para uso a velocidad
constante.
Clase B: Este tipo de motor también es conocido como de propósito
general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de
su deslizamiento-par.
Clase C: Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual
desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque.
Clase D: Este motor es comercial y está diseñado con un alto par y alta
resistencia.
Clase F: Es un motor con doble jaula y bajo par.
Por sus características, el motor de jaula de ardilla es uno de los más usados,
a nivel industrial, debido a que se puede elegir el diseño que satisfaga las
necesidades del usuario, en el accionamiento de bombas, ventiladores y
compresores. Entre sus principales ventajas se encuentran: su simplicidad
de construcción del rotor y controladores, su bajo costo y su adaptabilidad a
ambientes más agresivos.
En el motor asíncrono se tiene dos devanados, uno se coloca en el estator
y el otro en el rotor. Entre el estator y rotor se tiene un entrehierro, cuya
longitud se trata de, en lo posible, hacerlo pequeño (s = 0.1 - 0.3 mm), con
lo que se logra mejorar el acople magnético entre los devanados.-
12
El devanado del estator puede ser monofásico o trifásico (en caso general
polifásico). En lo sucesivo se analiza el motor trifásico, cuyas bobinas se
colocan en las ranuras interiores del estator. Las fases del devanado del
estator AX, BY, CZ se conectan en tipo estrella Y o triángulo ∆, cuyos
bornes son conectados a la red.
El devanado del rotor también es trifásico (o polifásico) y se coloca en la
superficie del cilindro. En el caso simple se une en corto circuito.
Cuando el devanado del estator es alimentado por una corriente trifásica,
se induce un campo magnético giratorio, cuya velocidad (síncrona) es:
n1 60 f1 (Ec.1)
p
Si el rotor está en reposo o su velocidad n < nsinc, entonces el campo
magnético giratorio traspasa los conductores del devanado rotórico e
inducen en ellos una f.e.m. En el gráfico siguiente se muestra por la regla de
la mano derecha, la dirección de la f.e.m. inducida en los conductores del
rotor cuando el flujo magnético gira en sentido contrario. La componente
activa de la corriente Irot se encuentra en fase con la f.e.m. inducida.
Sobre los conductores con corriente, empleados en el campo magnético,
actúan fuerzas electromagnéticas cuya dirección se determina por la regla
de la mano izquierda; estas fuerzas crean un Melmagn que arrastra al rotor tras
el campo magnético. Si este Melmagn es lo suficientemente grande entonces
el rotor va a girar y su velocidad n2 va a corresponder a la igualdad.
Melmagn est = M freno rot (Ec.2)
Este es el funcionamiento de la máquina en régimen de motor y es
evidente en este caso.
0 ≤ n2 < n1 (Ec.3)
A la diferencia de velocidades entre el campo magnético y el rotor se le
13
llama deslizamiento y se representa por el símbolo s.
s n1 n2 (Ec.4)
n1
De donde se deduce que en el régimen de motor
0 < s ≤ 1 (Ec.5)
En generador: s > 0
En frenado electromagnético: s > 1
La principal característica de las motor asíncrono es la presencia del
deslizamiento s, ósea la desigualdad de velocidades entre el campo del
estator y la velocidad del rotor n2 ≠ n1
Cuando se tienen diferentes motores que conforman un sistema el cual
realiza un determinado proceso, es adecuado que los contactores o
arrancadores que son el principal componente de control de los motores,
estén agrupados en un envolvente, esto con la finalidad de prevenir
condiciones ambientales y de operaciones inadecuadas para el equipo y
personal de trabajo. El objetivo de instalar de esta manera la conexión de los
equipos es la siguiente.
Prevenir contacto accidental con partes vivas.
Proteger al controlador del medio ambiente dañino.
Prevenir la explosión o incendio que pudiese resultar del
arco eléctrico, causado por la apertura de contactos dentro
de un medio explosivo.
Combinación, alimentadores y/o unidades, arregladas en un montaje
conveniente incluyendo la conexión, de las unidades a las barras de
potencia.
14
2.4 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MOTORES DE EFICIENCIA ALTA.
¿Cuándo se justifica el uso de un motor de Eficiencia Alta?; Existe mucha
literatura que puede ayudar a soportar esta decisión, e incluso, técnicas
bien definidas que permiten apoyar en un estudio de recuperación de la
inversión en función de la Energía ahorrada por estos equipos.
En forma general se puede decir que estos motores son empleados
cuando el resultado de un programa de ahorro de energía así lo requiera,
sin embargo hay recomendaciones generales que el usuario bien puede
considerar al momento de adquirir e instalar estos motores, que le
permitirán tener la mejor utilización de los mismos, algunas de ellas son:
a. Evitar un sobredimensionamiento excesivo de la potencia requerida; Es
muy común que cuando se elige un motor de cierta capacidad, este sea
sobredimensionado hasta el doble de su potencia, esto hará que el
motor no opere en su punto potencia nominal de salida
desaprovechando así el mejor nivel de eficiencia del producto.
b. Evitar condiciones de instalaciones eléctricas en mala condiciones,
siempre es recomendable un buen sistema de alimentación que
permita un suministro de energía eléctrica adecuado al motor.
c. Evitar condiciones de instalaciones eléctricas en malas condiciones,
como pueden ser bandas mal tensadas, mal anclaje de motor,
vibraciones excesivas.
d. Estos motores tendrán un mejor resultado si son empleados en
regímenes continuos de operación y no en regímenes intermitentes.
e. A medida de lo posible permitir una buena circulación de aire para
garantizar que el sistema de refrigeración opere en forma óptima.
Otra pregunta muy común es ¿Cómo sé que recupero mi inversión?. Para
poder evaluar la recuperación de la inversión de un motor de este nivel de
eficiencia, se siguen algunas metodologías predefinidas, todas ellas
toman en cuenta tanto el nivel de consumo de energía como las tarifas
aplicables, para determinar el ahorro monetario en un periodo de tiempo
15
determinado, por ejemplo un año se considera:
Aa = (ToCe + NfDm)Pa (Ec.6)
Donde:
Aa= Ahorro anual
To= Tiempo de operación (horas/año)
Ce= Costo de energía ($/kWh)
Nf= Número de periodos facturados en el periodo (periodos Facturados/año)
Dm= Demanda máxima ($/kW)
Pa= Potencia ahorrada (kW) Para la potencia ahorrada se tiene:
(Ec.7)
Donde:
Ps= Potencia de salida (kW)
Fc= Factor de carga
hs= Eficiencia del motor estándar (%)
hae= Eficiencia del motor de alta (%)
2.5 GENERACION TRIFASICA.
Las tensiones generadas en un sistema trifásico son de la misma magnitud
y presentan una diferencia de fase de 120° eléctricos. El orden de aparición
de las tensiones fasoriales nos muestra la secuencia, que por convenio se
indica como positiva para la rotación de los fasores en el plano complejo,
Figura 2.2, contrario a la dirección del movimiento de las manecillas del
reloj, esto es con respecto al tiempo o al desplazamiento angular. Las
ventajas de usar este tipo de distribución son las siguientes:
Para alimentar una carga de igual potencia eléctrica, las corrientes en los
conductores son menores que las que se presentan en un sistema
16
monofásico.
Para una misma potencia, las maquinas eléctricas son de menor tamaño
que las maquinas eléctricas monofásicas. En un Sistema trifásico es posible
conectar cargas monofásicas y trifásicas simultáneamente.
Figura N° 2.2.- Secuencia de Fases
Fuente: Maquinas Eléctricas y Transformadores Irving L. Kosow
En el sistema trifásico se tienen dos alternativas de conexión de los
devanados, para las tensiones generadas por fase, siendo la conexión en
estrella y la conexión en delta. Se podrá observar que para la misma tensión
generada por fase en ambos sistemas, en el sistema tipo estrella se tendrá
mayor tensión de línea, que para el sistema tipo delta; resultado de la
composición de los fasores, disposición y conexión de los devanados.
2.6 CONEXIÓN ESTRELLA.
Efectuando la conexión de las terminales de los devanados del generador
en los puntos iníciales o finales, se obtiene una conexión en estrella;
tendremos un sistema de distribución eléctrico de tres fases y cuatro hilos
(en este caso se tiene acceso al punto neutro en el cuatro hilo), ver Figura
2.3.
17
Figura N° 2.3.- Sistema Estrella.
Fuente: Maquinas Eléctricas y Transformadores Irving L. Kosow
2.6.1 RELACION DE TENSIONES
En la conexión estrella, con secuencia positiva tenemos que se han
conectado las terminales A´, B´ y C´; el cual corresponde al punto
común o neutro (N). Mediante este tipo de conexión se dispone de las
tensiones de fase y de línea, ver Figura 2.4
Figura N° 2.4.- Diagrama vectorial de tensiones trifásicas
Fuente.- Maquinas Eléctricas y Transformadores Irving L. Kosow.
Ecuaciones fasoriales de la conexión estrella de secuencia positiva.
…..….. (Ec.8)
18
Determinación de la tension de línea o tensión entre las fases A y B.
3 E 3 / 2 j 1 / 2
3 E cos 30 º jsen 30 º
= 3 E 30 º ……….. (Ec.9)
Los resultados del desarrollo anterior, indican que la tensión de línea
es mayor 3 la tensión de fase y también podemos observar que se
adelanta 30º sexagesimales.
2.6.2 CARGAS TRIFASICAS EN ESTRELLA, CUATRO HILOS BALANCEADOS.
Al conectar tres cargas idénticas a un sistema trifásico, Figura 2.5, se
constituye un sistema balanceado ya que la potencia proporcionada
por cada fase es igual. En dicha figura se aprecia un sistema trifásico
de cuatro hilos con cargas balanceadas cuyo modelo fasorial de
tensiones se describe en la parte adjunta de la misma figura.
19
Figura N° 2.5.- Diagrama vectorial de corrientes trifásicas
Fuente.- Maquinas Eléctricas y Transformadores Irving L. Kosow
2.7 TIPOS DE CENTRO DE CONTROL DE MOTORES EN BAJA TENSION.
Existen varios tipos de C.C.M., entre los cuales podemos mencionar:
Fijos Abierto: Son aquellos C.C.M cuyos arrancadores o protección
específica para lo motores son de protección térmica fija o ajustable.
Fijos Compartimentados: Son aquellos C.C.M., cuyos arrancadores o
protección específica para los motores se encuentran fijadas al igual que
anterior pero separadas en compartimentos o gavetas.
Extraíbles: Las Características de un C.C.M extraíble es similar a la de un
CCM Fijo Compartimentado, sin embargo las gavetas o compartimentos se
pueden extraer teniendo dos posiciones únicas: dentro
o fuera del C.C.M. debe tener un mecanismo de posición intermedia
definida para la prueba donde a pesar de no tener voltaje de trabajo en la
gaveta, en esa posición persistirá el voltaje de control, facilitando
así (cuando la gaveta esta fuera del C.C.M.) la prueba de cualquier
componente de ésta.
2.8 NIVELES DE TENSION.
Nivel de Tensión : 480 VAC, trifásico, 3H, frecuencia 60 Hz.
Voltaje de Control : 120 VAC, monofásico, 60 Hz.
20
2.9 NORMA TECNICAS.
NEMA ICS 1-2000 : Normas Generales para Control de
Sistemas Industriales.
NEMA ICS 2-2000 : Control de Sistemas Industriales.
Controladores, Contactores y Relés
de Sobrecarga Nominal de 600 Voltios.
NEMA ICS 4-2005 : Bloques Terminales.
NEMA ICS 6- 1993 : Control de Sistemas Industriales.
NEMA ICS 18-2001 : Centro de Control de Motor.
NEMA ICS 2 Part 8-1998: Control de Sistemas Industriales:
Controladores, Contactores y Relés de
Sobrecarga, nominal no más de 2000
Voltios AC o 750 Voltios DC parte 8:
Dispositivos de Desconexión para uso en
Equipos de Control Industrial.
NEMA-250-2003 : Cajas para Equipamiento Eléctrico
(máximo 100 Voltios)
NEMA-PB-2-1995 : Interruptor de Distribución de Frente
Muerto.
ANSI C 57-13-1993 : Requisitos Estándar para Transformadores
de Instrumentación.
NEMA SG3-1995 : Equipo de Interrupción de Potencia.
ANSI C37.20.1-2002 : Estándares para Gabinetes Metálicos de
baja tensión con Interruptor Automático de
Potencia.
DS-055-2010-EM : Reglamento de Salud y Seguridad
Ocupacional en Minería.
UL 508 : Equipamiento Control Industrial
UL 508C : Equipos de conversión de energía
UL 50 : Cajas para equipos eléctricos no
ambientales-Consideraciones
NFPA 70E : Norma para la seguridad eléctrica en el
21
lugar de trabajo
NFPA 70 : National electrical code (NEC) Softbound,
2014 edition
NEMA ICS 1B : Centro de control de motores
IEEE 1584 : Guía para realización de cálculos Arc-Flash
de peligro.
IEEE 693 : Calificación sísmica de compuestos para
subestaciones de Equipos de alto voltaje
2.10 IMPORTANCIA DEL TEMA.
La importancia de un centro de control de motores se considera por su :
• Confiabilidad para la continuidad del proceso
• Seguridad del operador en la operación, supervisión y mantenimiento;
• Instalación en sitios centralizados para facilidad de operación y de
mantenimiento;
• Versatilidad para mando y protección de gran números de motores;
• Elevada compactación, posibilitando el máximo aprovechamiento del
espacio físico;
• Mantenimiento fácil y rápido, principalmente por la extracción de
gavetas y su intercambiabilidad;
• Modularidad del sistema, permitiendo fácil ampliación;
• Recolocación de las gavetas que permite expansiones o
modificaciones;
• Elevada seguridad, pues permite la ejecución de mantenimiento y
otros servicios en determinado equipamiento sin desenergizar los
demás.
22
CAPITULO III
CALCULO DE MAXIMA DEMANDA ELECTRICA
3.1 INTRODUCCION
Esta memoria tiene como objetivo el cálculo de la potencia demandada por la
planta y así poder tener una base para el dimensionamiento eléctrico de la
subestación.
3.2 ALCANCES DE ESTUDIO
El presente documento abarca el cálculo de la máxima demanda para el proyecto
“Calculo y Selección del Centro de Control de Motores En Baja Tensión Para
Sistema de Tratamiento de Efluentes por Contaminantes Orgánicos y
Bioquímicos para Petroperú - Lima”.
3.3 ESTANDARES Y REFERENCIAS.
La realización de la memoria de cálculo de máxima demanda está basada en las
secciones aplicables de las últimas ediciones de los siguientes códigos,
estándares, regulaciones y otros documentos listados a continuación:
3.3.1 NORMAS DE REFERENCIA
Código Nacional de Electricidad Suministro 2011.
Código Nacional de Electricidad Utilización 2006.
NFPA-70 Codigo Nacional de Electricidad 2014
IEEE Std 141 – 1993 Práctica recomendada para la distribución de energía
eléctrica para plantas industriales.
IEEE Std 399 – 1997 Práctica recomendada para el análisis de sistemas de
potencia industriales y comerciales.
IEC 60439-1: Conjuntos de dispositivos de conmutación y control de baja
23
tensión - Parte 1. Edición 4.1 2004 .
NTCSE 1997-10-09.- D. S. Nº 020-97-EM Norma Técnica de Calidad de los
Servicios Eléctricos.
DGE 2002-02-11.- R.M. N° 091-2002-EM/VME Terminología en electricidad
En caso exista algún conflicto entre las normas citadas, el criterio más exigente
prevalecerá.
3.3.2 TERMINOLOGIA.
Demanda Máxima: Valor máximo de la carga durante un periodo de
tiempo dado, por ejemplo, un día, un mes, un año (DGE – Terminología
en Electricidad, Sección 2, 023, pag.16).
Factor de carga: Relación, expresada como un valor numérico o como
un porcentaje, de la potencia máxima de una instalación o grupo de
instalaciones durante un período determinado, y la carga total instalada
de la (s) instalación(es). (DGE – Terminología en Electricidad, Sección 8,
88, pag.91)
Factor de demanda: Es la relación de la máxima demanda de un sistema
o parte de un sistema y la potencia instalada de las cargas de un sistema.
Factor de Diversidad: Es la relación entre las sumas de las demandas
máximas individuales y la demanda máxima de todo el grupo. Puede
referirse a dos o más cargas separadas, o puede incluir todas las cargas
de cualquier parte de un sistema eléctrico o el sistema total.
3.4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO.
Para los cálculos se tuvieron las siguientes consideraciones:
24
3.4.1 CONCENTRACION DE CARGAS.
Las cargas se alimentan de la Subestación Eléctrica Etapa II, 36-CCM-02 y a su
vez esta subestacion se alimentan de la Subestacion Exitente (Tanques
Quimicos) (1Q-12Q) TB-SSEE-TQ.
Para el presente cálculo se tendrá en cuenta la distribución de carga para
determinar la máxima demanda de toda la instalación.
3.4.2 FACTORES DE CALCULO.
Los factores a utilizar son:
Factor de Demanda
1 : Para compresoras, bombas, extractores de aire, detector de metales,
inyectores de aire HVAC,soplantes.
1 : Para Agitadores, Decantador y luminarias
0.6 : Para Ventiladores, Válvulas, destructor y Generador Ozono
0.5 : Para tomacorrientes
0.5 : Para reservas
Factor de Potencia
0.85 : Para motores, bombas.
0.90 : Para luminarias
3.5 CALCULO DE MAXIMA DEMANDA ELECTRICA.
Para los cálculos se utilizarán las siguientes fórmulas:
Potencia Instalada: Es la potencia que consume cada equipo o tablero.
𝑃𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎=𝑃 𝑥 𝑁 (Ec.10)
Dónde:
P : Potencia nominal de la carga
25
N : Número de cargas iguales
Máxima Demanda: Es la potencia que solicitan los tableros al tablero general o
alimentador de la sub estación; se considera un factor de ampliación que asegura
una reserva de potencia para un crecimiento futura de la carga.
(Ec.11)
Dónde:
MD : Máxima Demanda
Fs : Factor de Simultaneidad
Fd : Factor de demanda
PInstalada : Potencia Instalada
Se presenta el resumen del cálculo de la máxima demanda de la subestación, el
detalle de las cargas se presentan a continuación en las siguientes tablas.
Para la realización de los cálculos se tuvieron las siguientes
consideraciones:
a. Tensión de distribución en baja tensión:
460 V, 60 Hz, 3 fases más tierra, para circuitos de fuerza,
tomacorrientes industriales y alimentadores.
230 V, 60 Hz, 3 fases más tierra, para cargas de Bombas,
TDU, alumbrado y tomacorrientes.
b. La máxima caída de tensión considerada para el alimentador
principal no será mayor al 4% de la tensión nominal de distribución
en baja tensión.
c. La máxima caída de tensión considerada para Circuitos de Fuerza
a motores y Equipos no será mayor al 2.5% de la tensión nominal
de distribución en baja tensión.
d. La máxima caída de tensión considerada para Circuitos de
Alumbrado y Tomacorrientes (hasta el punto de utilización mas
alejado) no será mayor al 4% de la tensión nominal de distribución
en baja tensión.
e. Se considera un factor de seguridad para el cálculo de corriente de
diseño igual al 25% de la corriente nominal.
f. Los cables serán conductores de Cu trenzados – revestimiento
exterior de polietileno reticulado.
g. Material de aislamiento PVC.
31
h. Temperatura ambiente 30°C.
i. Temperatura del terreno 20°C.
j. Resistividad de disipación térmica del terreno 1.0 k.m/w.
k. Tipo de instalación:
- Por ductos.
4.5 PASOS A SEGUIR.
Para el desarrollo de los cálculos se utilizarán los siguientes datos de carga:
Potencia de la carga (kW). Es la proporción por unidad de tiempo o ritmo con la cual la energía es transferida por un circuito eléctrico.
Tipo de sistema (3Φ, 1 Φ). Es la conexión del sistema ya sea monofásico o trifásico.
Tensión de servicio (volt.). Es el valor de la tensión realmente existente en un punto cualquiera de una instalación en un momento determinado
Factor de potencia. Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S. Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa.
Longitud del conductor (m). Cuanto más grande sea el diámetro del conductor más baja será la resistencia y más elevada será la corriente. El flujo de electrones también está condicionado por la longitud del conductor; para dos cables del mismo material, el más largo ofrecerá más resistencia a la conducción
Temperatura ambiente (°C). es la que está comprendida entre las temperaturas que la gente prefiere para lugares cerrados. Representa el rango en el cual el aire no se siente ni muy frío ni caliente cuando se usa ropa de entrecasa. Este rango está entre 15 °C (59 °F) y 30 °C (86 °F) y es el rango para regular la temperatura que ofrecen los dispositivos de control climático
Con la data de las cargas se procede a dimensionar la sección de los
conductores por capacidad de corriente utilizando el siguiente cálculo:
4.5.1 CALCULO DE ALIMENTADORES DE BAJA TENSION.
A la hora de determinar la sección nominal de los conductores de baja
tensión, se deben de tener en cuenta tres criterios:
El de intensidad máxima admisible, es la que está comprendida entre las
32
temperaturas que la gente prefiere para lugares cerrados. Representa el rango en el cual el aire no se siente ni muy frío ni caliente cuando se usa ropa de entrecasa. Este rango está entre 15 °C (59 °F) y 30 °C (86 °F) y es el rango para regular la temperatura que ofrecen los dispositivos de control climático
El de caída de tensión, es la que está comprendida entre las temperaturas que la gente prefiere para lugares cerrados. Representa el rango en el cual el aire no se siente ni muy frío ni caliente cuando se usa ropa de entrecasa. Este rango está entre 15 °C (59 °F) y 30 °C (86 °F) y es el rango para regular la temperatura que ofrecen los dispositivos de control climático
El de intensidad de cortocircuito, es la que está comprendida entre las temperaturas que la gente prefiere para lugares cerrados. Representa el rango en el cual el aire no se siente ni muy frío ni caliente cuando se usa ropa de entrecasa. Este rango está entre 15 °C (59 °F) y 30 °C (86 °F) y es el rango para regular la temperatura que ofrecen los dispositivos de control climático
Se escogerá la sección del conductor a partir del criterio más restrictivo.
A continuación se explican con detalle dichos criterios:
33
4.5.1.1 CORRIENTE NOMINAL MONOFASICA Y TRIFASICA.
𝐼𝑛𝑜𝑚(1∅) =Ptotal
Vnom∗Cos∅∗𝑛𝑒𝑓 𝐼𝑛𝑜𝑚(3∅) =
Ptotal
√3∗Vnom∗Cos∅∗𝑛𝑒𝑓 (Ec.12)
CORRIENTE DE DISEÑO (AMP):
𝐼𝑑 = 1.25 ∗ Inom (Ec.13)
En función al método de instalación utilizado se aplica la metodología
indicada en la norma IEC 60364-5-52 edición 2009, para obtener la
capacidad admisible de los conductores.
Donde:
Ptotal : Potencia eléctrica total de la línea en watts (W) Inom
: Intensidad nominal de la línea en amperios (A) cos φ :
Factor de potencia de la instalación
Vnom : Tensión de la línea en voltios (V) N
ef : Rendimiento del Equipo.
A partir de la intensidad determinada se debe buscar una sección de cable
tal que su intensidad admisible sea superior a la intensidad determinada
multiplicada por factores de corrección según condiciones de uso y tipo de
instalación.
Los factores de corrección ha usar son debidos a agrupación de cables en
una misma conducción, a temperatura ambiente, a tipo de local y a
influencia de armónicos.
34
Es importante tener en cuenta que las líneas destinadas a alimentación de
motores deben ser dimensionadas para la intensidad nominal de los
motores multiplicada por 1,25 y las destinadas a alimentación de puntos de
luz con lámparas o tubos de descarga deben dimensionarse para un 1,8
veces la potencia nominal de dichas lámparas.
Siempre la corriente admisible de la sección escogida debe estar por
encima de la intensidad nominal del dispositivo de protección aguas arriba.
4.5.1.2 SELECCIÓN DEL CONDUCTOR: POR CAIDA DE TENSIÓN.
Encontrada la sección por el procedimiento anterior, se calculará la caída
de tensión mediante las siguientes formulas:
Circuito monofásico:
V
CT
2 P L (RCos XSen ) (Ec.14)
V Cos
Circuito trifásico:
VCT
(Ec.15)
N 1000
Donde:
Vct : Valor de Voltaje de Caída de Tensión (V)
I : Corriente de Carga (A).
L : Longitud Total del cable alimentador de la carga (m)
R : Resistencia por unidad de longitud del cable (Ohm/km).
X : Reactancia por unidad de longitud del cable (Ohm/km)
Ø : Angulo de desfase entre voltaje y corriente en la carga (º)
3 I L (RCos XSen)
35
N : Número de Ternas
P : Potencia activa de la carga (kW)
V : Voltaje de operación de la carga (V)
Una vez se dispone de la caída de tensión debida a la longitud y sección del
cable seleccionado, se usará el criterio más restrictivo de los hasta ahora
usados. En el caso de que dicha caída de tensión expresada en % respecto
tensión de alimentación, no sea superior al 4% (según Código Nacional de
Electricidad de Perú), se usará el criterio de caída de tensión y se aumentará
la sección del conductor hasta donde sea necesario.
Se corregirá el valor de resistencia para una temperatura de operación del
conductor a 90°C, según la expresión tomada de las notas de la tabla 8 del
capítulo 9 de la NFPA 70 (NEC), se tiene:
𝑅2 = 𝑅1[1 + 𝛼(𝑇2 − 𝑇1)] (Ec.16)
Dónde:
R1 = Resistencia del conductor a 75°C de temperatura de operación, según
tabla 8 del capítulo 9 de la NFPA 70 (NEC)
α = Coeficiente de corrección por temperatura: 0.00323 para el cobre
T1= Temperatura de operación del conductor a 75°C
T2 = Temperatura de operación del conductor a corregir.
36
4.5.1.3 INTENSIDAD DE CORTO CIRCUITO.
Para cumplir con la recomendación del numeral 5.6.2 del estándar ANSI /
IEEE std-141, se calcula el área mínima del conductor para soportar los
esfuerzos térmicos impuestos bajo condiciones de corto circuito.
Se tienen las siguientes ecuaciones:
( I
A)
2
t = K log(T2+234
T1+234 ) (Ec.17)
( I
A)
2
t = K log(T2+228
T1+228 ) (Ec.18)
Despejando A, tenemos lo siguiente:
𝐴 =𝐼
√( 𝐾
t)
.log(
T2+234
T1+234 )
= 𝑐𝑚𝑖𝑙𝑠 (Ec.19)
𝐴 =𝐼
√( 𝐾
t)
.log(
T2+228
T1+228 )
= 𝑐𝑚𝑖𝑙𝑠 (Ec.20)
Dónde:
A = Sección transversal del conductor (mm2)
I = Corriente de Cortocircuito que demanda el sistema (kA)
K = Constante del material del conductor
K = 0.0297 para conductores de cobre
K = 0.0125 para conductores de aluminio
t = Tiempo del Cortocircuito (seg)
37
T1= Temperatura inicial del conductor, 90°C
T2= Temperatura final del conductor, 250°C
T = 234°C para cobre recocido y estirado en frío con 100% IACS de
conductividad
T = 228°C para aluminio.
Aplicando el factor de conversión recomendado en el “Standard for use of
the International System of Units, The Modern Metric System, IEEE/ASTM
SI 10-1997, se obtiene la sección requerida en mm2, siendo el factor igual
a:
F =1
1973.53 = 0.00005067
A = cmils ∗ F (Ec.21)
4.6 CALCULO DE CONDUCTORES EN BAJA TENSION (EJEMPLO).
4.6.1.1 ALIMENTACION EN 480 V DE UN MOTOR TRIFASICO
(SOPLANTE BIOLOGICO I).
Datos:
Tag del equipo 36 – G - 347A
Circuito No 36 – G - 347A -F
Capacidad del motor 150 HP
Tensión del Sistema 480 VAC
Frecuencia 60 HZ
Nro Fases 3
Factor de Potencia 0.86
Temperatura Ambiente 24 ºC
Aislamiento del conductor XHHW-2, 600 V
Temperatura de operación 90 ºC
Longitud del circuito 90 m
38
Canalización Bandeja de Acero Galvanizado
- CALCULO POR CAPACIDAD DE CORRIENTE.
Para poder determinar la IPC del motor, tomamos como consideración el
artículo 430 de la NFPA 70(NEC), sección 430.250, Tabla 430.250
Corriente a Plena carga de motores trifásicos de corriente alterna, (ver
tabla 9 del anexo 1 de este documento) por lo que para un motor de 150
HP a 480 V, se tiene lo siguiente:
Ipc = 180 Amp. (Ec.22)
De acuerdo a la sección 430.22 de la NFPA 70 (NEC), los conductores
que alimenten un solo motor usado en una aplicación de servicio
continuo deben tener ampacidad no menor al 125 por ciento del valor
nominal de corriente de plena carga del motor, por lo que se tiene lo
siguiente:
I COND = 1.25 x I PC = 1.25 x 180 Amp. = 225 Amp. (Ec.23)
- CANALIZACIÓN DEL ALIMENTADOR EN BANDEJA.
Apoyándonos en la NFPA 70(NEC) Artículo 392, sección 392.80(A)(2)(b)
la cual nos indica que cuando estén instalados según los requisitos de
392.22(B), la ampacidad de los cables de un solo conductor de 1/0 AWG
a 500 kCM en bandejas portacables cubiertas continuamente por más
de 1.80 metros de tapas sólidas sin ventilación, la ampacidad para los
cables de 1/0 AWG a 500 kCM no debe exceder el 60 por ciento de la
ampacidad permisible de la Tabla (Ver tabla 8 del anexo 1 de este
documento).
Se selecciona de la Tabla 310.15 (B)(17) un conductor calibre 4/0 AWG
I COND 4/0 AWGl 90°C = 405 Amp. (Ec.24)
Aplicando el factor de decremento de bandeja del 60 % de la ampacidad
del conductor y el factor de temperatura del 1.04 se tiene lo siguiente:
39
I corregida = I COND X FCH X FCT = Amp
I corregida = 405 Amp. X 0.6 X 1.04 = 252.72 Amp.
Por lo que el conductor seleccionado es correcto.
252.72 Amp. del conductor > 225 Amp. de la ICOND
- CALCULO POR CAIDA DE TENSION.
Se verifica que la selección de conductores propuestos cumpla con los
requerimientos de caída de tensión, para lo cual se calcula la caída de
tensión aplicando la expresión general definida en el estándar