comisión nacional del agua · comisión nacional del agua ing. josé luis luege tamargo director...

Comisión Nacional del Agua

MANUAL DE AGUA POTABLE,

ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO

SELECCIÓN DE EQUIPO ELECTROMECÁNICO

Diciembre de 2007

www.cna.gob.mx

ADVERTENCIA Se autoriza la reproducción sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando la fuente. Esta publicación forma parte de los productos generados por la Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento, cuyo cuidado editorial estuvo a cargo de la Gerencia de Cuencas Transfronterizas de la Comisión Nacional del Agua. Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Edición 2007 ISBN: 978-968-817-880-5 Autor: Comisión Nacional del Agua Insurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El Bajo C.P. 04340, Coyoacán, México, D.F. Tel. (55) 5174-4000 www.cna.gob.mx Editor: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales Boulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaña, C.P 14210, Tlalpan, México, D.F. Impreso en México Distribución gratuita. Prohibida su venta.

Comisión Nacional del Agua Ing. José Luis Luege Tamargo Director General Ing. Marco Antonio Velázquez Holguín Coordinador de Asesores de la Dirección General Ing. Raúl Alberto Navarro Garza Subdirector General de Administración Lic. Roberto Anaya Moreno Subdirector General de Administración del Agua Ing. José Ramón Ardavín Ituarte Subdirector General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento Ing. Sergio Soto Priante Subdirector General de Infraestructura Hidroagrícola Lic. Jesús Becerra Pedrote Subdirector General Jurídico Ing. José Antonio Rodríguez Tirado Subdirector General de Programación Dr. Felipe Ignacio Arreguín Cortés Subdirector General Técnico Lic. René Francisco Bolio Halloran Coordinador General de Atención de Emergencias y Consejos de Cuenca M.C.C. Heidi Storsberg Montes Coordinadora General de Atención Institucional, Comunicación y Cultura del Agua Lic. Mario Alberto Rodríguez Pérez Coordinador General de Revisión y Liquidación Fiscal Dr. Michel Rosengaus Moshinsky Coordinador General del Servicio Meteorológico Nacional C. Rafael Reyes Guerra Titular del Órgano Interno de Control Responsable de la publicación: Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento

Coordinador a cargo del proyecto: Ing. Eduardo Martínez Oliver Subgerente de Normalización La Comisión Nacional del Agua contrató la Edición 2007 de los Manuales con el

INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA según convenio CNA-IMTA-SGT-GINT-001-2007 (Proyecto HC0758.3) del 2 de julio de 2007 Participaron:

Dr. Velitchko G. Tzatchkov M. I. Ignacio A. Caldiño Villagómez

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CONTENIDO SECCION 1:................................................................................................................1

1. SELECCIÓN DE MOTORES ..................................................................................1

1.1 OBJETIVO.............................................................................................................1

1.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN .................................................................1 1.2.1 Características normativas .................................................................................1 1.2.2 Condiciones de operación ..................................................................................2 1.2.3 Condiciones ambientales ...................................................................................5 1.2.4 Accesorios..........................................................................................................6

2. SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN Y POTENCIA.....30

2.1 OBJETIVO...........................................................................................................30

2.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN ...............................................................30 2.2.1 Transformador de distribución..........................................................................30 2.2.2 Transformador de potencia ..............................................................................30

2.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS ..................................................................30 2.3.1 Normas.............................................................................................................30 2.3.2 Capacidades normalizadas ..............................................................................30 2.3.3 Temperatura de operación ...............................................................................30 2.3.4 Altitud de operación..........................................................................................31 2.3.5 Impedancias normalizadas...............................................................................31 2.3.6 Nivel básico al impulso .....................................................................................31 2.3.7 Corriente de excitación.....................................................................................31 2.3.8 Tensión de las derivaciones .............................................................................32 2.3.9 Características del aceite .................................................................................32

2.4 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN ..............................................................32 2.4.1 Capacidad ........................................................................................................32 2.4.2 Número de fases ..............................................................................................32 2.4.3 Tipo de conexión ..............................................................................................33 2.4.4 Tensiones.........................................................................................................33 2.4.5 Frecuencia........................................................................................................33 2.4.6 Tipo de servicio ................................................................................................33

2.5 CONDICIONES AMBIENTALES .........................................................................33 2.5.1 Temperaturas ...................................................................................................33 2.5.2 Altitud ...............................................................................................................33 2.5.3 Tipo de atmósfera ............................................................................................33

2.6 RECOMENDACIONES .......................................................................................34 2.6.1 Tipo de enfriamiento.........................................................................................34 2.6.2 Transformadores de distribución ......................................................................35 2.6.3 Transformadores de potencia...........................................................................35

2.7 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES..............................38

ii

2.7.1 Transformadores de potencia autoenfriados en aceite.....................................38 2.7.2 Transformadores de distribución autoenfriados en aceite ................................39 2.7.3 Transformadores de distribución tipo seco (AA)...............................................40

2.8 TABLAS...............................................................................................................41

3. SELECCIÓN DE INTERRUPTORES....................................................................50

3.1 OBJETIVO...........................................................................................................50

3.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN ...............................................................50

3.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS ..................................................................50 3.3.1 Normas.............................................................................................................50 3.3.2 Tensiones nominales para interruptores de media tensión ..............................50 3.3.3 Tensiones nominales para interruptores de baja tensión .................................50 3.3.4 Tamaños nominales de marco .........................................................................51

3.4 NIVELES DE AISLAMIENTO ..............................................................................51 3.4.1 Interruptores de media tensión.........................................................................51 3.4.2 Interruptores de baja tensión............................................................................51

3.5 CORRIENTES NOMINALES...............................................................................51 3.5.1 Interruptores de media tensión.........................................................................51 3.5.2 Interruptores de baja tensión............................................................................52

3.6 CORRIENTES INTERRUPTIVAS DE CORTO CIRCUITO .................................52 3.6.1 Interruptores de media tensión.........................................................................52 3.6.2 Interruptores de baja tensión............................................................................52

3.7 SECUENCIAS NOMINALES DE OPERACIÓN...................................................53

3.8 TENSIONES NOMINALES DE CONTROL .........................................................53 3.8.1 Corriente directa (c.d.)......................................................................................53 3.8.2 Corriente alterna (c.a.)......................................................................................53

3.9 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS...................................................................54 3.9.1 Clasificación general ........................................................................................54 3.9.2 Clasificación de los interruptores de media tensión .........................................54 3.9.3 Clasificación de los interruptores de baja tensión ............................................56 3.9.4 Valores nominales de operación ......................................................................59

3.10 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES...............................................................59 3.10.1 Temperatura ambiente ...................................................................................59

3.11 ALTITUD DE OPERACIÓN...............................................................................60 3.11.1 Interruptores de media tensión.......................................................................60 3.11.2 Interruptores de baja tensión..........................................................................61

3.12 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES............................62 3.12.1 Interruptores de baja tensión..........................................................................62 3.12.2 Interruptores de media tensión.......................................................................62

3.13 TABLAS.............................................................................................................63

4. SELECCIÓN DE CUCHILLAS SECCIONADORAS EN AIRE..............................68

iii

4.1 OBJETIVO...........................................................................................................68

4.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN ...............................................................68 4.2.1 Características normativas ...............................................................................68 4.2.2 Tensiones y corrientes nominales normalizadas..............................................68 4.2.3 Capacidad interruptiva......................................................................................68 4.2.4 Corriente aplicada de corta duración................................................................68 4.2.5 Nivel básico al impulso .....................................................................................68 4.2.6 Potencial aplicado ............................................................................................68

4.3 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS...................................................................68 4.3.1 Número de polos ..............................................................................................68 4.3.2 Tipo de operación.............................................................................................69 4.3.3 Tipo de montaje................................................................................................69 4.3.4 Conexión ..........................................................................................................69 4.3.5 Tipo de servicio ................................................................................................69 4.3.6 Aisladores.........................................................................................................69

4.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES.................................................................69 4.4.1 Temperaturas ...................................................................................................69 4.4.2 Altitud de operación..........................................................................................69 4.4.3 Tipo de atmósfera ............................................................................................69

4.5 RECOMENDACIONES .......................................................................................70 4.5.1 Montaje.............................................................................................................70 4.5.2 Tipo de operación.............................................................................................70 4.5.3 Longitud de la varilla de mando........................................................................71


4.7 TABLAS...............................................................................................................72

5. SELECCIÓN DE TABLEROS...............................................................................76

5.1 OBJETIVO...........................................................................................................76

5.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN ...............................................................76

5.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS ..................................................................76 5.3.1 Normas.............................................................................................................76 5.3.2 Tensión nominal ...............................................................................................76 5.3.3 Nivel de aislamiento .........................................................................................76 5.3.4 Frecuencia nominal ..........................................................................................77 5.3.5 Corriente nominal .............................................................................................77 5.3.6 Corriente soportable de corto tiempo ...............................................................77 5.3.7 Corriente soportable de cresta .........................................................................78 5.3.8 Elevación de temperatura.................................................................................78 5.3.9 Grados de protección .......................................................................................78

5.4 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN ..............................................................79 5.4.1 Tablero blindado (Metal-Clad) ..........................................................................79 5.4.2 Tablero blindado para subestación compacta ..................................................80 5.4.3 Tablero blindado en baja tensión .....................................................................81

iv

5.4.4 Centro de control de motores ...........................................................................83 5.4.5 Tablero de distribución de fuerza y alumbrado.................................................86

5.5 CONDICIONES AMBIENTALES .........................................................................87 5.5.1 Temperatura ambiente .....................................................................................87 5.5.2 Temperatura mínima ........................................................................................87 5.5.3 Altitud ...............................................................................................................87 5.5.4 Atmósfera contaminada....................................................................................88 5.5.5 Exposición al calor y clima húmedo .................................................................88 5.5.6 Instalación de gabinetes de acuerdo a la designación de NOM.......................88

5.6 RECOMENDACIONES .......................................................................................89


6. SELECCIÓN DE CONDUCTORES ....................................................................102

6.1 OBJETIVO.........................................................................................................102

6.2 SELECCIÓN DE CONDUCTORES...................................................................102 6.2.1 Materiales.......................................................................................................102 6.2.2 Flexibilidad .....................................................................................................102 6.2.3 Forma.............................................................................................................103 6.2.4 Dimensiones...................................................................................................103

6.3 COMPARACIÓN DE AISLAMIENTOS..............................................................104 6.3.1 Materiales.......................................................................................................104 6.3.2 Características eléctricas ...............................................................................105 6.3.3 Características mecánicas .............................................................................105 6.3.4 Nivel de aislamiento .......................................................................................106

6.4 FUNCIÓN DE PANTALLAS ELÉCTRICAS.......................................................107 6.4.1 Pantalla sobre el conductor ............................................................................107 6.4.2 Pantalla sobre el aislamiento..........................................................................107 6.4.3 Selección de la pantalla metálica ...................................................................108 6.4.4 Aplicaciones de las pantallas .........................................................................109 6.4.5 Propiedades de las cubierta ...........................................................................109

6.5 APLICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE CONDUCTORES............................110 6.5.1 Conductores para 600 V.................................................................................110 6.5.2 Conductores mayores de 600 V .....................................................................110

6.6 CONDUCTORES DESNUDOS .........................................................................110 6.6.1 Conductores para sistema de tierras..............................................................110

6.7 CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN......................................................................111

6.8 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES............................111

6.9 TABLAS.............................................................................................................111

7. SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTO ....................146

7.1 OBJETIVO.........................................................................................................146

7.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN .............................................................146

v

7.2.1 Transformador de corriente ............................................................................146 7.2.2 Transformador de potencial............................................................................146

7.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS ................................................................147 7.3.1 Normas...........................................................................................................147 7.3.2 Transformadores de corriente ........................................................................147 7.3.3 Transformador de potencial............................................................................152

7.4 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN ............................................................155 7.4.1 Transformador de corriente ............................................................................155 7.4.2 Transformador de potencial............................................................................156

7.5 CONDICIONES AMBIENTALES .......................................................................157 7.5.1 Transformador de corriente ............................................................................157 7.5.2 Transformador de potencial............................................................................158

7.6 RECOMENDACIONES .....................................................................................159

7.7 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES............................160 7.7.1 Hoja de datos para transformadores de corriente ..........................................160 7.7.2 Hoja de datos para transformadores de potencial ..........................................160

7.8 TABLAS.............................................................................................................161

7.9 FIGURAS ..........................................................................................................173

8. SELECCIÓN DE APARTARRAYOS ..................................................................177

8.1 OBJETIVO.........................................................................................................177

8.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS......................................................................177 8.2.1 Normas...........................................................................................................177 8.2.2 Tensión nominal .............................................................................................177 8.2.3 Tensión máxima continua de operación .........................................................177 8.2.4 Tensión máxima a la descarga.......................................................................177 8.2.5 Nivel básico al impulso ...................................................................................177 8.2.6 Tensiones de prueba a frecuencia nominal....................................................177 8.2.7 Altitud .............................................................................................................178

8.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN ............................................................178

8.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES...............................................................178 8.4.1 Temperatura...................................................................................................178 8.4.2 Altitud .............................................................................................................178 8.4.3 Tipo de atmósfera ..........................................................................................178

8.5 RECOMENDACIONES .....................................................................................179 8.5.1 Clasificación de sistemas por su conexión a tierra.........................................179 8.5.2 Selección de la tensión nominal del apartarrayos ..........................................179 8.5.3 Características eléctricas del apartarrayos.....................................................180 8.5.4 Condiciones del sitio ......................................................................................180 8.5.5 Conectores .....................................................................................................180 8.5.6 Montaje...........................................................................................................180


vi

8.7 TABLAS.............................................................................................................182

9. SELECCIÓN DE CORTACIRCUITOS FUSIBLE................................................184

9.1 OBJETIVO.........................................................................................................184

9.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS......................................................................184 9.2.1 Normas...........................................................................................................184 9.2.2 Tensión nominal .............................................................................................184 9.2.3 Tensión de interrupción ..................................................................................184 9.2.4 Corriente nominal ...........................................................................................184 9.2.5 Corriente nominal de interrupción ..................................................................184 9.2.6 Nivel básico al impulso ...................................................................................184 9.2.7 Tensiones dieléctricas ....................................................................................185 9.2.8 Tensiones límite de radio interferencia...........................................................185 9.2.9 Elevación de temperatura...............................................................................185 9.2.10 Capacidad interruptiva..................................................................................185 9.2.11 Altitud ...........................................................................................................185

9.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN ............................................................185

9.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES...............................................................186 9.4.1 Temperatura...................................................................................................186 9.4.2 Altitud .............................................................................................................186 9.4.3 Tipo de atmósfera ..........................................................................................186

9.5 RECOMENDACIONES .....................................................................................186 9.5.1 Tensión nominal .............................................................................................186 9.5.2 Corriente nominal ...........................................................................................187 9.5.3 Eslabón fusible ...............................................................................................187 9.5.4 Aisladores.......................................................................................................188 9.5.5 Operación.......................................................................................................188 9.5.6 Conectores .....................................................................................................188 9.5.7 Condiciones del sitio ......................................................................................188 9.5.8 Nivel básico al impulso ...................................................................................188 9.5.9 Tensiones dieléctricas ....................................................................................189 9.5.10 Tensiones límites de radio interferencia .......................................................189


9.7 TABLAS.............................................................................................................190

10. SELECCIÓN DE BANCOS Y CARGADORES DE BATERÍAS........................195

10.1 OBJETIVO.......................................................................................................195

10.2 CARGADORES DE BATERÍAS ......................................................................195 10.2.1 Normas.........................................................................................................196 10.2.2 Tipos de cargadores.....................................................................................196 10.2.3 Campo de aplicación....................................................................................197 10.2.4 Características de fabricación ......................................................................199

10.3 TIPOS DE RECTIFICADORES .......................................................................199

vii

10.3.1 Monofásicos .................................................................................................199 10.3.2 Trifásicos ......................................................................................................200

10.4 TIPOS DE BATERÍAS.....................................................................................200 10.4.1 Baterías plomo-ácido....................................................................................200 10.4.2 Baterías níquel-cadmio.................................................................................202

10.5 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL BANCO DE BATERÍAS .................203 10.5.1 Vida potencial ...............................................................................................203 10.5.2 Necesidades de servicio...............................................................................203 10.5.3 Temperatura de operación ...........................................................................203 10.5.4 Tiempo de descarga.....................................................................................204 10.5.5 Tiempo de recarga .......................................................................................204 10.5.6 Ciclo de descarga.........................................................................................204 10.5.7 Factor de potencia........................................................................................205 10.5.8 Eficiencia ......................................................................................................205 10.5.9 Regulación de tensión ..................................................................................205 10.5.10 Densidad del electrólito ..............................................................................205 10.5.11 Humedad relativa .......................................................................................205

10.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES..........................205 10.6.1 Llenado de hoja de datos de especificaciones de batería............................205 10.6.2 Llenado de hoja de especificaciones de cargadores....................................206

10.7 TABLAS...........................................................................................................206

11. SELECCIÓN DE EQUIPOS AUXILIARES DE CONTROL...............................208

11.1 ALCANCE .......................................................................................................208

11.2 CRITERIOS DE SELECCIÓN .........................................................................208 11.2.1 Características normativas ...........................................................................208 11.2.2 Características operativas ............................................................................210 11.2.3 Características ambientales .........................................................................210

11.3 RECOMENDACIONES ...................................................................................211 11.3.1 Contactores ..................................................................................................211 11.3.2 Relevadores de control.................................................................................212 11.3.3 Relevadores de tiempo.................................................................................212 11.3.4 Alternadores, secuenciadores y controladores lógicos programables..........213 11.3.5 Conmutadores de control .............................................................................213 11.3.6 Estaciones de botones .................................................................................214 11.3.7 Lámparas de señalización y alarma .............................................................214 11.3.8 Interruptores de límite, temperatura y presión..............................................214 11.3.9 Interruptores de nivel....................................................................................214 11.3.10 Gabinetes de alarma ..................................................................................215

11.4 REFERENCIAS...............................................................................................215

12. SELECCIÓN DE ARRANCADORES................................................................216

12.1 OBJETIVO.......................................................................................................216

viii

12.2 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS...............................................................216 12.2.1 Tensión de diseño ........................................................................................216 12.2.2 Tensión de operación ...................................................................................216 12.2.3 Capacidad interruptiva..................................................................................216 12.2.4 Elementos térmicos empleados ...................................................................216 12.2.5 Tipo de cámara de arqueo ...........................................................................217 12.2.6 Tipo de servicio ............................................................................................217 12.2.7 Tipo de montaje............................................................................................217 12.2.8 Tensión de control ........................................................................................217 12.2.9 Tamaño NEMA.............................................................................................217 12.2.10 Capacidad ..................................................................................................218

12.3 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES.............................................................218 12.3.1 Tipo de ambiente de trabajo.........................................................................218 12.3.2 Temperatura ambiente .................................................................................218 12.3.3 Altitud de operación......................................................................................218

12.4 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS ..............................................................218 12.4.1 Tensión nominal ...........................................................................................218 12.4.2 Corriente nominal .........................................................................................218 12.4.3 Clasificación de los arrancadores.................................................................219

12.5 RECOMENDACIONES ...................................................................................219 12.5.1 Arrancadores a tensión plena tipo magnético para motores en baja tensión219 12.5.2 Arrancadores a tensión plena para motores en media tensión (en aire o vacío) a 4160 Volts ............................................................................................................219 12.5.3 Arrancador magnético a tensión reducida tipo autotransformador hasta 600 V................................................................................................................................219 12.5.4 Arrancador magnético a tensión reducida por resistencia primaria hasta 600 V................................................................................................................................220

12.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES..........................221

12.7 TABLAS...........................................................................................................221

SECCIÓN 2: SELECCIÓN DE INSTALACIONES MECÁNICAS ...........................228

1. POZOS PROFUNDOS........................................................................................228

1.1 INTRODUCCIÓN ..............................................................................................228

1.2 INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO......................................................228

1.3 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO ....242 1.3.1 Bombas verticales tipo turbina .......................................................................242 1.3.2 Bombas sumergibles ......................................................................................249 1.3.3 Materiales de construcción.............................................................................252 1.3.4 Parámetros de selección ................................................................................253 1.3.5 Evaluación para la selección final ..................................................................253

1.4 ARREGLOS TÍPICOS DE POZOS....................................................................255 1.4.1 Con bomba vertical tipo turbina......................................................................255 1.4.2 Con bomba sumergible ..................................................................................258

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1.5 EJEMPLO DE SELECCIÓN PARA BOMBA VERTICAL TIPO TURBINA.........261 1.5.1 Datos del proyecto .........................................................................................261 1.5.2 Procedimiento de selección............................................................................264 1.5.3 Cálculos..........................................................................................................268 1.5.4 Resumen de cálculo y selección ....................................................................273

1.6 EJEMPLO DE SELECCIÓN PARA BOMBA SUMERGIBLE.............................273 1.6.1 Cálculos..........................................................................................................273 1.6.2 Resumen de cálculo y selección ....................................................................276

2. PLANTAS DE BOMBEO DE AGUAS CRUDAS Y TRATADAS ........................278 2.1 INTRODUCCIÓN ..............................................................................................278

2.2 INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO......................................................278 2.2.1 Tipo y características de la captación ............................................................279 2.2.2 Tipo de instalación .........................................................................................280 2.2.3 Línea de conducción ......................................................................................280 2.2.4 Niveles máximos y mínimos de la captación ..................................................280 2.2.5 Perfil del acueducto........................................................................................280 2.2.6 Calidad del agua bombeada...........................................................................280

2.3 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO ....281 2.3.1 Parámetros de selección ................................................................................281 2.3.2 Materiales de construcción para manejo de diferentes tipos de agua............281

2.4 ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE PLANTAS DE BOMBEO..........................283

2.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE BOMBAS VERTICALES EN PLANTAS DE BOMBEO DE CÁRCAMO HÚMEDO .........................................284

2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE BOMBAS HORIZONTALES EN PLANTAS DE BOMBEO.......................................................285

2.7 ARREGLOS TÍPICOS DE PLANTAS DE BOMBEO .........................................285 2.7.1 Cárcamo - bombas verticales.........................................................................285 2.7.2 Tanque - cárcamo - bombas verticales ..........................................................285 2.7.3 Bombas Horizontales .....................................................................................286

2.8 EJEMPLO DE SELECCIÓN: .............................................................................293 2.8.1 Equipos de bombeo verticales .......................................................................293 2.8.2 Equipos de bombeo horizontales. ..................................................................312

3. PLANTAS DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES ........................................327

3.1 INTRODUCCIÓN ..............................................................................................327

3.2 INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO......................................................327 3.2.1 Gastos ............................................................................................................327 3.2.2 Características del colector ............................................................................328 3.2.3 Características del sitio de operación.............................................................328 3.2.4 Desarenador...................................................................................................328 3.2.5 Tipo y cantidad de equipos.............................................................................329 3.2.6 Operación.......................................................................................................329

x

3.3 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO....................329

3.4 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE EQUIPOS DE BOMBEO....329

3.5 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN................................................................331

3.6 ARREGLOS TÍPICOS DE PLANTAS DE BOMBEO .........................................332 3.6.1 Componentes .................................................................................................332 3.6.2 Válvulas..........................................................................................................333

3.7 EJEMPLO DE APLICACIÓN.............................................................................340 3.7.1 Datos básicos del proyecto ............................................................................340 3.7.2 Análisis de los datos del proyecto ..................................................................341 3.7.3 Procedimiento de selección............................................................................342 3.7.4 Gastos obtenidos de la curva del sistema (Figura 3.10) ................................347 3.7.5 Conclusiones..................................................................................................348 3.7.6 Cálculos..........................................................................................................348 3.7.7 Resumen de cálculo y selección ....................................................................349

4. SELECCIÓN DE GRÚAS....................................................................................351

4.1 INTRODUCCIÓN ..............................................................................................351

4.2 OBJETIVO Y ALCANCES.................................................................................351

4.3 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN......................................................................352

4.4 SELECCIÓN DE GRÚAS..................................................................................353 4.4.1 Tipo de grúa ...................................................................................................353 4.4.2 Capacidad, claro e izaje .................................................................................353 4.4.3 Clase de servicio ............................................................................................353 4.4.4 Medio ambiente en el que va a operar ...........................................................354 4.4.5 Velocidades de operación ..............................................................................354 4.4.6 Equipamiento .................................................................................................355

4.5 SELECCIÓN DE POLIPASTOS ........................................................................355 4.5.1 Selección de polipastos..................................................................................355

4.6 SELECCIÓN DE ACCESORIOS.......................................................................356 4.6.1 Aparejo inferior ( mufla ) .................................................................................356 4.6.2 Gancho...........................................................................................................356 4.6.3 Cable ..............................................................................................................356 4.6.4 Cadena...........................................................................................................357

4.7 LIMITACIONES DE DISEÑO ............................................................................358 4.7.1 Carros cabezales del puente..........................................................................358 4.7.2 Pasarelas y barandillas ..................................................................................358 4.7.3 Rieles .............................................................................................................358 4.7.4 Puente ............................................................................................................358 4.7.5 Vida mínima de baleros..................................................................................358 4.7.6 Potencia mecánica .........................................................................................358

4.8 EJEMPLOS DE APLICACIÓN...........................................................................359 4.8.1 Ejemplo 1 .......................................................................................................359

xi

4.8.2 Ejemplo 2 .......................................................................................................360

4.9 ANEXOS ...........................................................................................................362 4.9.1 Anexo A.- BIBLIOGRAFÍA.............................................................................362 4.9.2 Anexo B.- GLOSARIO...................................................................................363

1

SECCION 1: 1. SELECCIÓN DE MOTORES 1.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los conceptos principales que se deben considerar en la selección de motores de inducción, jaula de ardilla, servicio interior y exterior, así como para motores sumergibles. 1.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN 1.2.1 Características normativas 1.2.1.1 Valores nominales Las tensiones nominales para motores fraccionarios e integrales para servicio interior y exterior son: Para motores monofásicos : 127, 220 y 127/220 volts Para motores trifásicos : 220, 440, 220/440 y 4000 volts Para motores sumergibles ver tablas 1.4.17, 1.4.18, 1.4.19 y 1.4.20 en cuanto las características del motor Las tensiones nominales para motores en potencias mayores de 500 C.P. son: Para motores trifásicos: 440, 2300, 4160, 6600 y 13200 volts de corriente alterna. Estos y otros valores normativos se incluyen en las tablas 1.4.1, 1.4.2, 1.4.3 y 1.4.4. Factor de potencia: El factor de potencia será dado por el fabricante conforme a diseño. Eficiencia: En la tabla 1.4.16 se verán los valores de eficiencia. Para motores sumergibles ver tablas 1.1.17, 1.4.18 y 1.4.19. Frecuencia nominal: La frecuencia nominal tanto para motores tipo interior y exterior, así como sumergibles será de 60 Hz (frecuencia del sistema). Las velocidades síncronas en R.P.M. para motores monofásicos y trifásicos se indican en la tabla 1.4.5 y 1.4.6. La corriente a plena carga en amperes, de motores monofásicos y trifásicos de corriente alterna se muestran en las tablas 1.4.7 y 1.4.8 respectivamente. Para motores sumergibles ver tablas 1.4.17, 1.4.18, 1.4.19 y 1.4.20.

2

Factor de servicio: El factor de servicio a frecuencia y tensión nominal debe ser igual a 1. 1.2.1.2 Clases de aislamiento La temperatura máxima a la cual puede trabajar un motor, sumando la temperatura ambiente más la temperatura propia de funcionamiento, queda limitada por la temperatura correspondiente a la clase de aislamiento con que está construido. Las clases reconocidas de materiales aislantes y las temperaturas máximas de operación que se les han asignado, se muestran en la tabla 1.4.9. La vida promedio aproximada de los devanados de un motor está en función de la clase de aislamiento y a la temperatura de operación. Cuando la temperatura de operación es mayor a la correspondiente clase de aislamiento, la vida promedio del motor se reduce ver fig. 1.5.2. La temperatura para las diferentes clases de aislamiento se indica en la figura 1.5.1. Para motores sumergibles la temperatura del motor no debe ser mayor que la permisible de operación para los cojines radiales y de empuje y en ningún caso excederá la máxima permitida para la clase de aislamiento de los devanados. Aunque bajas temperaturas en motores sumergibles, representan una ventaja al tener una disminución de temperatura en los devanados del motor, se recomienda que estas no sean inferiores a los 6°c (de acuerdo a fabricante). 1.2.2 Condiciones de operación 1.2.2.1 Servicio periódico La operación en serie de ciclos idénticos, compuesto cada uno de ellos de un período de operación a carga nominal, seguido de un período de reposo durante el cual el motor permanece totalmente estático, con su alimentación suprimida, deben ser suficientes para alcanzar el equilibrio térmico, ya sea durante el funcionamiento o reposo del motor. 1.2.2.2 Servicio continuo con carga intermitente Es una serie de ciclos idénticos, compuesto cada uno de ellos de un período a carga normal, seguido de un período sin carga, significando la operación sin carga, la liberación de la carga únicamente, deben ser suficientes para alcanzar el equilibrio térmico, ya sea durante el funcionamiento con carga o sin ella. 1.2.2.3 Requisitos de la carga acoplada La carga mecánica acoplada al motor (bomba), impone ciertos requerimientos que definen algunas características del motor, generalmente son las siguientes:

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Velocidad nominal Curva par-velocidad Curva eficiencia-gasto Curva potencia al freno-gasto Curva altura dinámica-gasto Detalles de acoplamiento Valores de los esfuerzos radiales y axiales transmitidos en el acoplamiento Para motores horizontales considere, que de acuerdo a su diseño, éste debe tener su eje de rotación paralelo a su plano de montaje. Para motores verticales considera, que su posición de acuerdo a diseño, debe ser con su eje de rotación perpendicular a su plano de montaje. 1.2.2.4 Protección mecánica La selección de la protección mecánica de un motor debe ser de acuerdo al tipo de instalación y a las condiciones ambientales que se tengan en el sitio de instalación. Esta protección puede ser: a) Motor abierto Motor que tiene aberturas para ventilación que permiten el paso del aire exterior de enfriamiento, sobre y a través de los embobinados del motor. b) Motor a prueba de goteo Motor que tiene las aberturas de ventilación en tal forma que, gotas de un líquido o partículas sólidas que caigan sobre el motor a un ángulo no mayor de 15º, con respecto a la vertical, no puedan penetrar al motor, ya sea directamente o pegando en él y resbalando hacia dentro. c) Motor a prueba de salpicaduras Motor que tiene aberturas para ventilación en tal forma, que gotas de un líquido o partículas sólidas que caigan sobre él, o dirigiéndose hacia éste en línea recta, a cualquier ángulo no mayor de 100º con respecto a la vertical, no puedan penetrar en el motor, ya sea directamente o pegando en él y resbalando hacia dentro. d) Motor con guarnición Motor en el que todas las aberturas que dan acceso directo a partes vivas o rotatorias (excepto ejes lisos), están limitadas en tamaño por el diseño estructural de las partes o cubiertas de mallas o telas metálicas, o materiales equivalentes, con el objeto de prevenir un contacto accidental con dichas partes. Estas aberturas no deben permitir el paso de una barra cilíndrica de 13 mm de diámetro, excepto cuando

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la distancia de protección a las partes vivas o rotatorias es mayor de 100 mm en cuyo caso no deben permitir el paso de una barra cilíndrica de 19 mm de diámetro. e) Motor semiguarnecido Motor en el cual parte de las aberturas de ventilación, generalmente la mitad superior, están protegidas como se indica para el motor con guarnición. f) Motor a prueba de goteo, con guarnición Es aquel motor a prueba de goteo en el cual las aberturas de ventilación están protegidas como se indica para el motor con guarnición. g) Motor protegido para intemperie Motor con pasajes de ventilación, que reducen a un mínimo la entrada de lluvia, nieve o partículas suspendidas en el aire, a las partes eléctricas del mismo. Su construcción es tal, que una barra cilíndrica de 19 mm de diámetro como máximo, no puede penetrar por los pasajes de ventilación. h) Motor totalmente cerrado Es aquel cuya armazón impide el cambio libre de aire entre el interior y el exterior del motor, sin llegar a ser hermético. i) Motor a prueba de agua Motor totalmente cerrado, construido en tal forma que un ahorro de agua no haga contacto con su lubricante, chumaceras o embobinados. j ) Motor protegido contra intemperie tipo I Es una máquina abierta cuyas entradas para ventilación se constituyen para disminuir al mínimo la entrada de lluvia, partículas aéreas, polvo y evitar entrada de una barra cilíndrica de 19 mm de diámetro. Antes de entrar en contacto con el aislamiento de los devanados el aire debe tener un cambio de dirección de 90º como mínimo. k) Motor protegido contra intemperie tipo II con filtros Es una máquina abierta cuyas entradas y conductos para ventilación fuerzan al aire a tener como mínimo tres cambios de dirección de 90º y con una sección con velocidad máxima de 183 m/min. antes de entrar en contacto con el aislamiento de los devanados, para evitar la entrada de agua y mediante los filtros también se evita la entrada de polvo.

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1.2.2.5 Par de arranque El comportamiento del par mecánico durante el arranque de un motor dependen del diseño propio del motor. Para cubrir las necesidades de las diferentes cargas acopladas a un motor, NEMA ha clasificado los motores de acuerdo a sus características de par-velocidad durante el arranque; en las figuras 1.5.3, 1.5.4, 1.5.5 y 1.5.6, se indica dicha clasificación. En las tablas 1.4.10, 1.4.11, 1.4.12, 1.4.13, 1.4.14 y 1.4.15 se incluyen otros valores normalizados. 1.2.3 Condiciones ambientales Las condiciones ambientales que influyen en la selección de un motor son: a) Altitud Los motores podrán operar a una altitud de 1000 m.s.n.m. para exposición a temperatura ambiente entre 10ºC y 40ºC, y a 2300 m.s.n.m. para una exposición a temperatura ambiente entre 10ºC y 30ºC (condición normal de servicio). Para cualquier valor diferente a los antes mencionados, se deberá consultar al fabricante. b) Tipo de instalación Interior o exterior c) Temperatura máxima y mínima La temperatura máxima a la cual puede operar un motor, sumando la temperatura ambiente más la propia de funcionamiento, queda limitada por la temperatura correspondiente a la clase de aislamiento con que está construido el motor, ver figura 1.5.1. Bajo condiciones normales de servicio considere una temperatura ambiente máxima de 40ºC, a 1000 m.s.n.m. d) Nivel de humedad del lugar de instalación. El nivel de humedad estará determinado por el sitio de instalación y la humedad relativa del aire medida en la zona de instalación. e) Contaminantes en el aire. Polvo excesivo. Humedad excesiva, en lugares lluviosos. Muy baja humedad, en lugares semidesérticos o desérticos. Humedad y salinidad, en lugares cercanos al mar. Humedad y alta temperatura, en lugares calurosos con lluvias abundantes.

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y otras sustancias que al combinarse con agua o con aire húmedo se convierten en sustancias corrosivas. Estas pueden existir en lugares desérticos o cercanos a las playas, así como en lugares con vientos de alta velocidad. Con la información de los puntos anteriores y las especificaciones para motores de inducción, jaula de ardilla, en potencias grandes, seleccione el motor requerido y para motores sumergibles se incluirán los siguientes datos: Profundidad Las bombas deben instalarse con tal profundidad que éstas garanticen la columna de agua requerida, por arriba de la entrada de la bomba según la profundidad necesaria a partir del cuerpo de la válvula check y debajo del nivel dinámico. En ningún caso el nivel de agua arriba de la bomba, deberá exceder de 120 m instalación máxima de profundidad hasta 400 m. Contaminación en el agua Este tipo de motores sumergibles podrán ser instalados en aguas negras, salubres, incrustantes, etc. Salinidad El grado de salinidad se indicará de forma especifica de acuerdo al sitio de instalación (mar, pozo, etc.). 1.2.4 Accesorios RTD (Detector térmico de resistencia). Son utilizados para obtener lecturas de calentamiento de arrollamientos, siendo estos de cobre, platino y níquel, su empleo dependerá de las disposiciones de protección que se tengan y generalmente son utilizados en motores de media tensión. Resistencias calefactoras. Son utilizadas principalmente en ambientes tropicales húmedos y en donde se pueda acumular humedad dentro del motor, se recomienda emplearlo en motores de 50 C.P. y mayores. Chumaceras y rodamientos. Su utilización dependerá de la carga dinámica y estática de la flecha del motor de su acuerdo al diseño del motor.

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Detectores de vibración. Estos son requeridos muy aparte del motor y serán instalados en chumaceras, rodamientos y flecha del motor. Su utilización dependerá tanto de su carga acoplada como de los requerimientos de la instalación. Para la selección del calibre conductor a utilizar y los medios de control y protección ver tablas 1.4.17, 1.4.18, 1.4.19 y 1.4.20. 1.3.1 Llenado de hoja de datos de especificaciones de motores fraccionarios e integrales

Altitud Ver punto 1.2.3 Temperatura máxima Ver punto 1.2.3 Temperatura mínima Ver punto 1.2.3 Humedad máxima Ver punto 1. 2. 3 Humedad mínima Ver punto 1.2.3 Salinidad Ver punto 1.2.3 Contaminantes en el aire Ver punto 1.2.3 Tensión nominal Ver punto 1.2.1.1

Ver tablas 1.4.1 y 1.4.2 Corriente nominal Ver punto 1.2.1.1

Ver tablas 1.4.7 y 1.4.8 Fases Ver punto 1.2.1.1 Velocidad síncrona Ver tabla 1.4.5. Protección mecánica Ver punto 1.2.2.4 Potencia nominal Ver tabla 1.4.2 Clase de aislamiento Ver punto 1.2.1.2

Ver tabla 1.4.9 Características de arranque Ver punto 1.2.2.5 Frecuencia Ver punto 1.2.1.1 Letra de diseño Ver fig. 1.5.3,1.5.4,1.5.5,

1.5.6 Ver tabla 1.4.15 Eficiencia mínima Ver punto 1.2.1.1 Factor de potencia mínimo Ver punto 1.2.1.1

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1.3.2 Llenado de hoja de datos de especificaciones de motores de potencias mayores

Altitud Ver punto 1.2.3 Temperatura máxima Ver punto 1.2.3 Temperatura mínima Ver punto 1.2.3 Humedad máxima Ver punto 1.2.3 Humedad mínima Ver punto 1.2.3 Salinidad Ver punto 1.2.3 Contaminantes en el aire Ver punto 1.2.3 Tensión nominal Ver punto 1.2.1.1

Ver tablas 1.4.1, 1.4.2 y 1.4.4 Corriente nominal Ver punto 1.2.1.1 Ver tabla 1.4.7 y1.4.8 Fases Ver punto 1.2.1.1 Velocidad síncrona Ver punto 1.2.1.1

Ver tabla 1.4.5 Protección mecánica Ver punto 1.2.1.4 Potencia nominal Ver tabla 1.4.2 Clase de aislamiento Ver punto 1.2.1.2,

Ver tabla 1.4.9 Características de arranque Ver punto 1.2.2.5 Frecuencia Ver punto 1.2.1.1 Letra de diseño Ver fig. 1.5.3, 1.5.4, 1.5.5 y 1.5.6 Ver tabla

1.4.15 Eficiencia mínima Ver punto 1.2.1.1 Factor de potencia mínimo Ver punto 1.2.1.1 Accesorios Ver punto 1.2.4

1.3.3 Llenado de hoja de datos de especificaciones motores sumergibles

Profundidad Ver punto 1.2.3 Temperatura máxima Ver fig.1.2.1.2 Temperatura mínima Ver fig.1.2.1.2 Tensión nominal

Ver tablas 1.4.1, 1.4.2, 1.4.3, 1.4.4, 1.4.17. 1.4.18, 1.4.19, 1.4.20

Frecuencia nominal Ver punto 1.2.1.1 Fases Ver punto 1.2.1.1 Velocidad nominal Ver tablas 1.4.5 y1.4.6 Letra de diseño Ver tabla 1.4.15 Ver figs. 1.5.3, 1.5.4, 1.5.5 y

1.5.6 Potencia nominal Ver tablas 1.4.1, 1.4.2 y 1.4.3 Factor de potencia Ver tablas 1.4.17, 1.4.18 Clase de aislamiento

Ver punto 1.2.1.1 Ver tabla 1.4.9

Sentido de rotación

El de las manecillas del reloj viendo desde la parte superior.

Eficiencia Ver tablas 1.4.16, 1.4.17 y 1.4.19 Accesorios

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1.4 TABLAS Tabla 1.4.1 Valores nominales de motores monofásicos

(REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

POTENCIA NOMINAL

TENSIÓN ELÉCTRICA NOMINAL

OBSERVACIONES

CP * kW* VOLTS 1/12 0.0622 127 La tensión indicada es la 1/18 0.093 127 recomendable para estas 1/4 0.187 127 potencias 1/3 0.249 127 0.5 0.373 220 También se puede utilizar de

0.75 0.56 220 127 V motor trifásico ver nota 1

1

0.746

220 La tensión preferida es 220 V. También

puede utilizarse 127 V ver nota 1 1.5 1.119 220 Son de fabricación especial y 2 1.492 220 únicamente se utilizan en 3 2.238 220 lugares donde se tienen 5 3.73 220 transformadores de

7.5 5.6 220 distribución monofásicos ver 10 7.46 220 notas 2 y 3 15 11.19 220

* Los valores de las dos primeras columnas son equivalentes.

Tabla 1.4.2 valores nominales de motores trifÁsicos (REFERENCIA : NMX-J-75/1-1994 Y NMX-J-433-1987)

POTENCIA NOMINAL TENSIÓN OBSERVACIONES

CP kW NOMINAL (VOLTS) 1/2 0.37 220 NOTA 1 Y 3 3/4 0.56 220 NOTA 1 Y 3 1 0.746 220 NOTA 2 Y 3

1 1/2 1.12 220 NOTA 2 Y 3 2 1.49 220 NOTA 2Y 3 3 2.24 220 NOTA 2 Y 3 5 3.73 220 NOTA 2 Y 3

7 1/2 5.6 220 NOTA 2 Y 3 10 7.46 220 NOTA 2 Y 3 15 11.19 220 NOTA 2 Y 3 20 14.92 220 NOTA 2 Y 3 25 18.65 220 NOTA 3 30 22.38 440 NOTA 3 40 29.84 440 50 37.3 440 75 55.95 440

100 74.6 440 125 93.25 440 150 111.9 440

Nota 1 Estos motores pueden ser monofásicos de 127 V o monofásicos de 220 V. En plantas de bombeo en donde existen varios motores es más conveniente que estos

motores sean trifásicos en 220 V, para conservar los circuitos balanceados.

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Nota 2 Debido a que estos motores son de fabricación especial cuando no se requieren monofásicos se recomienda que sean trifásicos.

Nota 3 El conjunto de motores con las potencias incluidas en esta nota también pueden ser de 440 Volts, sobre todo cuando se tienen motores mayores.

Nota 4 En algunos casos puede ser conveniente que estos motores sean de 440 V. Nota 5 Cuando en lugares cercanos se utilizan motores de 2300 V., es recomendable usar

esta tensión en lugar de 4000 V. Continuación tabla 1.4.2

POTENCIA NOMINAL TENSIÓN OBSERVACIONES 200 149.2 4000 NOTA 4 Y 5 250 186.5 4000 NOTA 4 Y 5 300 223.8 4000 NOTA 5 350 261.1 4000 NOTA 5 400 298.4 4000 NOTA 5 450 335.7 4000 NOTA 5 500 373 4000 NOTA 5 600 447.6 4000 NOTA 5 700 522.2 4000 NOTA 5 800 596.8 4000 NOTA 5 900 671.4 4000 NOTA 5 1000 746.0 4000 NOTA 5 1250 932.5 4000 NOTA 5 1500 1119 4000 NOTA 5 1750 1305.8 4000 NOTA 5 2000 1492 4000 NOTA 5 2250 1678.5 4000 NOTA 5 2500 1865 4000 NOTA 5 3000 2238 4000 NOTA 5 3500 2611 4000 NOTA 5 4000 2984 4000 NOTA 5 5000 3730 4000 NOTA 5

Tabla 1.4.3 Potencias nominales en kw(cp) para las que se construyen los

motores trifásicos (REFERENCIA: NMX-J-433-1987)

POTENCIAS NOMINALES EN KW(C.P.) A 60 HZ

373.0 (500) 932.5 (1250) 2611.0 (3500) 5222.0 (7000) 447.6 (600) 1119.0 (1500) 2984.0 (4000) 5968.0 (8000) 522.2 (700) 1305.5 (1750) 3357.0 (4500) 6714.0 (9000) 596.8 (800) 1492.0 (2000) 3730.0 (5000) 7460.0 (10000) 671.4 (900) 1678.5 (2250) 4103.0 (5500) 8206.0 (11000) 746.0 (1000) 1865.0 (2500) 4476.0 (6000) 8952.0 (12000)

2238.0 (3000)

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Tabla 1.4.4 Potencia y velocidades nominales para motores fraccionarios monofásicos

(REFERENCIA : NMX-J-75/1-1994)

POTENCIA EN

C.P.

POTENCIA EN KW

POLOS

VELOCIDAD SÍNCRONA EN RPM A 60 HZ

VELOCIDAD A CARGA PLENA EN RPM A 60

HZ 1/2 0.062 2 3600 3450 1/8 0.093 1/6 0.124 4 1800 1725 1/4 0.187 1/3 0.249 6 1200 1140 1/2 0.373 3/4 0.560 8 900 850 1 0.746

*Los valores de las potencias nominales pueden combinarse con cualquier motor de las otras columnas

Tabla 1.4.5 Velocidades síncronas en rpm, para motores monofásicos y trifásicos, fraccionarios e integrales

(REFERENCIA: NMX-J-75/1-1994)

FRECUENCIA 60 HZ Número de polos 2 4 6 8

Velocidad Síncrona RPM

3600

1800

1200

900

Tabla 1.4.6 Velocidades síncronas en rpm para motores

Trifásicos mayores de 500 c.p. (REFERENCIA: NMX-J-433-1987)

FRECUENCIA 60 HZ

Número de polos 2 4 6 8 10 12 14 16 Velocidad síncrona

RPM

360

180

120

900

720

600

514

450

Tabla 1.4.7 Corriente a plena carga en amperes, de motores monofásicos de corriente alterna

(REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994) W CP 127 V 220 V

124.33 1/6 4.0 2.3 186.5 1/4 5.3 3.0

248.66 1/3 6.5 3.8 373 1/2 8.9 5.1

559.5 3/4 11.5 7.2 746 1 14.0 8.4 1119 1 1/2 18.0 10.0 1492 2 22.0 13.0 2238 3 31.0 18.0 3730 5 51.0 29.0 5595 7 1/2 72.0 42.0 7460 10 91.0 52.0

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Tabla 1.4.8 Corriente a plena carga de motores trifásicos de corriente alterna (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)

KW

(C.P.) MOTOR DE INDUCCIÓN DE

JAULA DE ARDILLA Y ROTOR DEVANADO (A)

MOTOR SÍNCRONO, CON FACTOR DE POTENCIA

UNITARIO (A)

220 V 440 V 2 400 V 220 V 440 V 2 400 V .373 (1/2) 2.1 1.0 .560 (3/4) 2.9 1.5 .746 (1) 3.8 1.9

1.119 (1 1/2) 5.4 2.7 1.49 (2) 7.1 3.6 2.23 (3) 10.0 5.0 3.73 (5) 15.9 7.9 5.60 (7 1/2) 23.0 11.0 7.46 (10) 29.0 15.0

11.19 (15) 44.0 22.0 14.92 (20) 56.0 28.0 18.65 (25) 71.0 36.0 54 27 22.38 (30) 84.0 42.0 65 33 29.84 (40) 109.0 54.0 86 43 37.3 (50) 136.0 68.0 108 54

44.76 (60) 161.0 80.0 15 128 64 11 55.95 (75) 201.0 100.0 19 161 81 14 74.60 (100) 259.0 130.0 25 211 106 19 93.25 (125) 326.0 163.0 30 264 132 24 119.90 (150) 376.0 188.0 35 - 158 29 149.20 (200) 502.0 251.0 47 - 210 38 Nota: Estos valores de corriente a plena carga son para motores que funcionen a velocidades

normales para transmisión por banda y con características de par también normales. Los motores de velocidad especialmente baja o de alto par motor pueden tener corrientes a plena carga mayores, y

los de velocidades múltiples tendrán una corriente a plena carga que varía con la velocidad; en estos casos debe usarse la corriente a plena carga indicada en la placa de datos

Tabla 1.4.9 Clases de aislamiento


CLASES DE AISLAMIENTO TEMPERATURA ( º C) Y 90 ºC A 105 ºC E 120 º C B 130 º C F 155 º C H 180 º C C Más de 180 º C

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Tabla 1.4.10 Valores mínimos de par de arranque para motores trifásicos diseños “a” y “b”, 60 hz en porciento del par a carga plena


POTENCIA POTENCIA VELOCIDAD SÍNCRONA EN RPM, 60 HZ En CP En kW 3600 1800 1200 900

1/4 0.187 190 275 190 170 1/3 0.249 190 275 190 170 1/2 0.373 190 275 190 140 3/4 0.560 180 275 175 135 1 0.746 180 275 170 135

1 1/2 1.119 175 190 165 130 2 1.492 170 190 160 130 3 2.238 160 190 155 130 5 3.730 150 185 150 130

7 1/2 5.600 140 170 150 125 10 7.460 135 165 150 125 15 11.19 130 160 140 125 20 14.92 130 150 135 125 25 18.65 130 150 135 125 30 22.38 130 150 135 125 40 29.84 125 140 135 125 50 37.30 120 140 135 125 60 44.76 120 140 135 125 75 55.95 105 140 135 125

100 74.60 105 125 125 125 175 93.25 100 110 125 120 150 111.90 100 110 120 120 200 149.20 100 100 120 120 250 186.50 70 80 100 100 300 223.80 70 80 100 - 350 261.1 70 80 100 - 400 298.4 70 80 - - 450 335.7 70 80 - - 500 373.0 70 80 - -

Nota 1: Los valores en porciento están referidos al par de plena carga en régimen nominal, son los menores aceptables, y corresponden a motores de una sola velocidad

14

Tabla 1.4.11 Valores mínimos de par máximo para motores trifásicos, diseños “a y b”, 60 hz en porciento del par de carga plena


POTENCIA VELOCIDAD SÍNCRONA EN R.P.M. 60 HZ kW CP 3600 1800 1200 900

0.187 1/4 265 a 380 260 a 370 240 a 335 280 a 330 0.240 1/3 285 a 370 275 a 360 231 a 330 250 a 330 0.373 1/2 250 a 360 235 a 335 220 a 315 225 0.560 3/4 245 a 335 225 a 315 275 220 0.746 1 255 a 330 300 265 215 1.119 1 1/2 250 280 250 210 1.492 2 240 270 240 210 2.238 3 230 250 230 205 3.73 5 215 225 215 205 5.60 7 1/2 200 215 205 200 7.46 10 200 200 200 200

11.19 15 200 200 200 200 14.92 20 200 200 200 200 18.65 25 200 200 200 200 22.38 30 200 200 200 200 29.84 40 200 200 200 200 37.30 50 200 200 200 200 44.76 60 200 200 200 200 55.95 75 200 200 200 200 74.6 100 200 200 200 200

93.25 125 200 200 200 200 111.9 150 200 200 200 200 149.20 200 200 200 200 200 186.50 250 175 175 175 175 223.80 300 175 175 175 261.10 350 175 175 175 298.4 400 175 175 335.7 450 175 175 373.0 500 175 175

15

Tabla 1.4.12 Valores mínimos de par de arranque para motores trifásicos diseños “a y b”, 60 hz en porciento del par a carga plena


POTENCIA VELOCIDAD SÍNCRONA EN R.P.M. 60 HZ CP kW 3600% 1800% 1200% 900% 1/4 0.187 190 275 190 170 1/3 0.249 190 275 190 170 1/2 0.373 190 275 190 140 3/4 0.560 180 275 175 135 1 0.746 175 190 165 130

1 1/2 1.119 175 190 165 130 2 1.492 170 190 160 130 3 2.238 160 190 155 130 5 3.730 150 185 150 130

7 1/2 5.600 140 170 150 125 10 7.460 135 165 150 125 15 11.19 130 160 140 125 20 14.92 130 150 135 125 25 18.65 130 150 135 125 30 22.38 130 150 135 125 40 29.84 125 140 135 125 50 37.3 120 140 135 125 60 44.76 120 140 135 125 75 55.95 105 140 135 125 100 74.60 105 125 125 125 125 93.25 100 110 125 120 150 111.90 100 110 120 120 200 149.20 100 100 120 120 250 186.50 70 80 100 100 300 223.80 70 80 100 - 350 261.1 70 80 100 - 400 298.4 70 80 - - 450 335.7 70 80 - - 500 373 70 80 - -

16

Tabla 1.4.13 Valores máximos de la corriente de arranque en amperes, a 220 volts y 60 hz


CP KW A DISEÑO 1/4 0.187 15 B D 1/3 0.249 17 B D 1/2 0.373 21 B D 3/4 0.560 26 B D 1 0.746 31 B D

1 1/2 1.119 42 B D 2 1.492 52 B D 3 2.238 67 B C D 5 3.73 96 B C D

7 1/2 5.60 133 B C D 10 7.46 169 B C D 15 11.19 242 B C D 20 14.92 303 B C D 25 18.65 382 B C D 30 22.38 455 B C D 40 29.84 606 B C D 50 37.30 758 B C D 60 44.76 909 B C D 75 55.95 1134 B C D

100 74.60 1516 B C D 125 93.25 1897 B C D 150 111.90 2269 B C D 200 149.20 3032 B C 250 186.50 3816 B 300 223.80 4600 B 350 261.1 5332 B 400 298.4 6064 B 450 335.7 6795 B 500 373.0 7579 B

NOTAS: Para diseño “A” los valores máximos de la corriente de arranque, exceden a los estipulados en esta tabla. La corriente a rotor bloqueado de los motores diseñados para tensiones diferentes a 220 Volts debe ser inversamente proporcional a las tensiones.

17

Tabla 1.4.14 Par de rotor bloqueado de motores monofásicos (REFERENCIA : NMX-J-75/1-1994)

POTENCIA VELOCIDAD SÍNCRONA

kW CP RPM 3600 1800 1200 N-m N-m N-m

0.093 1/8 ...... - - 2.0 2.71 0.124 1/6 ...... 1.27 2.8 3.64

0.1865 1/4 ...... 1.78 3.9 5.0 0.249 1/3 ...... 2.2 4.83 6.19 0.373 1/2 ...... 3.14 7.2 8.48 0.56 3/4 ...... 4.24 10.08 10.85 0.746 1 ...... 5.17 12.2 12.88 1.119 1 1/2 ...... 6.1 16.95 17.63 1.492 2 ...... 7.46 21.7 21.7 2.238 3 ...... 10.17 29.84 31.9 3.73 5 ...... 14.92 44.76 - - 5.6 7 1/2 ...... 21.7 61.03 - -

7.46 10 ...... 28.48 70.53 - - Nota: Los valores anotados son los mínimos aceptables

Tabla 1.4.15 Letras de código a rotor bloqueado (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994).

LETRA DE CÓDIGO

KILOVOLTAMPERES POR C.P. A ROTOR BLOQUEADO

A 0.00 - 3.14 B 3.15 - 3.54 C 3.55 - 3.99 D 4.00 - 4.49 E 4.50 - 4.99 F 5.00 - 5.59 G 5.60 - 6.29 H 6.30 - 7.09 J 7.10 - 7.99 K 8.00 - 8.99 L 9.00 - 9.99 M 10.00 - 11.19 N 11.20 - 12.49 P 12.50 - 13.99 R 14.00 - 15.99 S 16.00 - 17.99 T 18.00 - 19.99 U 20.00 - 22.39 V 22.40 y más

18

Tabla 1.4.16 Eficiencia de los motores a plena carga (REFERENCIA: NEMA MG1-1993)

MOTORES ABIERTOS

2 POLOS 4 POLOS 6 POLOS 8 POLOS

C.P. Eficienciano

minal (+) Eficiencia mínima (-)

Eficiencianominal (+)

Eficiencia mínima (-)




Eficienciamínima(-)

1.0 ----- ---- 82.5 80.0 77.0 74.0 72.0 68.0 1.5 80.0 77.0 82.5 80.0 82.5 80.0 75.5 72.0 2.0 82.5 80.0 82.5 80.0 94.0 81.5 85.5 82.5 3.0 82.5 80.0 86.5 84.0 85.5 82.5 86.5 84.0 5.0 85.5 82.5 86.5 84.0 86.5 84.0 87.5 85.5 7.5 85.5 82.5 88.5 86.5 88.5 86.5 88.5 86.5

10.0 87.5 85.5 88.5 86.5 90.2 88.5 89.5 87.5 15.0 89.5 87.5 90.2 88.5 89.5 87.5 89.5 87.5 20.0 90.2 88.5 91.0 89.5 90.2 88.5 90.2 88.5 25.0 91.0 89.5 91.7 90.2 91.0 89.5 90.2 88.5 30.0 91.0 89.5 91.7 90.2 91.7 90.2 91.0 89.5 40.0 91.7 90.2 92.4 91.0 91.7 90.2 90.2 88.5 50.0 91.7 90.2 92.4 91.0 91.7 90.2 91.7 90.2 60.0 93.0 91.7 93.0 91.7 92.4 91.0 92.4 91.0 75.0 93.0 91.7 93.6 92.4 93.0 91.7 93.6 92.4 100.0 93.0 91.7 93.6 92.4 93.6 92.4 93.6 92.4 125.0 93.0 91.7 93.6 92.4 93.6 92.4 93.6 92.4 150.0 93.6 92.4 94.1 93.0 93.6 92.4 93.6 92.4 200.0 93.6 92.4 94.1 93.0 94.1 93.0 93.6 92.4

19

Continuación Tabla 1.4.16

MOTORES ABIERTOS 2 POLOS 4 POLOS 6 POLOS 8 POLOS

C.P. Eficiencia nominal (+)


Eficiencia nominal (+)






1.0 ---- ---- 80.0 77.0 75.5 72.0 72.0 68.0 1.5 78.5 75.5 81.5 78.5 82.5 80.0 75.5 72.0 2.0 81.5 78.5 82.5 80.0 82.5 80.0 82.5 80.0 3.0 82.5 80.0 84.0 81.5 84.0 81.5 81.5 78.5 5.0 85.5 82.5 85.5 82.5 85.5 82.5 84.4 81.5 7.5 85.5 82.5 87.5 85.5 87.5 85.5 85.5 82.5

10.0 87.5 85.5 87.5 85.5 87.5 85.5 87.5 85.5 15.0 87.5 85.5 88.5 86.5 89.5 87.5 88.5 86.5 20.0 88.5 86.5 90.2 88.5 89.5 87.5 89.5 87.5 25.0 89.5 87.5 91.0 89.5 90.2 88.5 89.5 87.5 30.0 89.5 87.5 91.0 89.5 91.0 89.5 90.2 88.5 40.0 90.2 88.5 91.7 90.2 91.7 90.2 90.2 88.5 50.0 90.2 88.5 92.4 91.0 91.7 90.2 91.0 89.5 60.0 91.7 90.2 93.0 91.7 91.7 90.2 91.7 90.2 75.0 92.4 91.0 93.0 91.7 93.0 91.7 93.0 91.7 100.0 93.0 91.7 93.6 92.4 93.0 91.7 93.0 91.7 125.0 93.0 91.7 93.6 92.4 93.0 91.7 93.6 92.4 150.0 93.0 91.7 94.1 93.0 94.1 93.0 93.6 92.4 200.0 94.1 93.0 94.5 93.6 94.1 93.0 94.1 93.0

20

Tabla 1.4.17 Selección de medios de protección y control para motores monofásicos sumergibles (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

EFICIENCIA EN

% F.P. EN % CORRIENTE CÓDIGO INTERIOR FUSIBLE ARRAN QUE

C.P VOLTS

P/C 3/4 P/C 1/4 P/C EN AMP. ROTOR BLOQ.

TERMOMAG SIN RETRASO

CON RETRASO

TENSIÓN. PLENA

0,33 127 50,50 44,50 62,00 54,50 6,19 N 15 15 10 00 0,33 220 50,50 44,50 62,00 54,50 3,57 N 10 15 5 00 0,5 127 53,50 48,10 63,70 55,80 8,62 M 15 20 15 0 0,5 220 53,50 48,10 63,70 55,80 4,97 M 10 10 7 0

0,75 220 57,20 52,00 66,00 58,50 6,74 M 15 15 9 0 1 220 60,50 56,10 67,50 59,0 8,30 L 20 20 12 0

1,5 220 62,80 59,40 74,20 66,10 10,92 L 20 30 15 0 2 220 71,00 68,80 90,50 86,70 10,55 G 20 30 15 1 3 220 71,80 69,60 97,50 96,00 14,53 F 30 40 20 1 5 220 75,50 74,50 90,70 88,70 24,76 E 50 60 30 1

7,5 220 74,40 74,20 90,40 87,20 37,81 F 70 100 45 1 10 220 76,80 76,20 95,80 95,30 46,09 E 100 100 50 2 15 220 80,30 79,70 97,90 98,20 64,70 E 150 175 80 3

Nota: Los valores de eficiencia y factor de potencia son típicos y pueden variar entre fabricantes.

21

Tabla 1.4.18 Longitud máxima en metros del circuito derivado para motores monofásicos sumergibles de acuerdo al calibre mínimo del alimentador (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

CARACTERÍSTICAS

DEL MOTOR CALIBRE DEL CONDUCTOR

C.P.

VOLT

S

In AMP 14 2.082 mm2

12 3.307 mm2

10 5.260 mm2

8 8.367 mm2

6 13.300 mm2

4 21.150 mm2

2 33.620 mm2

1/0 53.480 mm2

2/0 67.430 mm2

3/0 85.010 mm2

4/0 107.200

mm2 1/3 127 6.5 31.68 50.41 80.11 127.48 202.56 322.12 511.74 814.82 1026.52 1294.57 1632.681/2 127 8.9 22.99 36.58 58.11 92.51 147.00 233.76 371.36 591.31 744.94 936.49 1184.821/3 127 3.8 95.07 151.29 58.14 382.56 607.89 966.69 1535.73 2445.29 1/2 220 5.1 68.98 109.78 240.42 277.60 441.11 701.49 1114.37 1774.37 3/4 220 7.2 50.94 81.07 174.45 204.99 325.74 518.00 822.92 1310.30 1650.73 1 220 8.4 41.33 65.78 128.83 166.33 264.30 450.30 667.71 1063.17 1339.40

1.5 220 10.92 33.13 52.73 104.53 133.33 211.87 336.91 535.24 852.24 1073.66 2 220 10.55 32.52 51.74 83.79 130.84 207.91 330.63 525.25 836.33 1053.62 3 220 14.53 23.62 37.59 82.23 95.04 151.02 240.16 381.53 607.49 765.33 5 220 24.76 22.06 59.73 55.78 88.63 140.95 223.92 356.54 449.17 566.46

7.5 220 37.81 35.05 36.52 58.04 92.29 146.62 233.45 294.11 370.90 10 220 46.09 22.95 29.97 47.62 75.72 120.29 191.54 241.30 304.31 383.79 15 220 64.70

53.94 85.69 136.44 171.88 216.77 273.38

Nota: Si se usan conductores de aluminio deberá pasarse al siguiente calibre. Por ejemplo: si la tabla indica 6 AWG, se seleccionará 4 AWG La caída de tensión máxima del 3% No más de tres conductores activos en tubería Temperatura de operación de los conductores de 75 ºC

22

Tabla 1.4.19 Selección de medios de protección y control para motores trifásicos sumergibles (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

EFICIENCIA

EN % F.P. EN % CORRIENTE CÓDIGO INTERRUP. FUSIBLE

ARRANCADOR

C.P. VOLTS P/C 3/4 P/C 3/4 P/C EN AMP ROT. BLOQ

TERMOMAG SIN RETARDO

CON RETARDO

TENSIÓN PLENA

0.5 220 59.4 53.3 64.1 56.5 2.57 N 10 6 4 00 0.5 440 59.4 53.3 64.1 56.5 1.29 N 10 3 2 00

0.75 220 63.0 57.7 69.0 66.0 3.38 N 15 10 5 00 0.75 440 63.0 57.7 69.0 66.0 1.69 N 10 5 3 00

1 220 67.0 63.0 71.0 63.4 4.12 M 15 10 6 00 1 440 67.0 63.0 71.0 63.4 2.06 M 10 6 3 00

1.5 220 74.0 70.9 73.0 64.5 5.44 K 15 15 8 00 1.5 440 74.0 70.9 73.0 64.5 2.72 K 10 6 4 00 2 220 69.5 67.4 79.0 71.2 7.13 L 20 20 10 0 2 440 69.5 67.4 79.0 71.2 3.57 L 10 10 5 00 3 220 75.2 73.2 77.8 69.5 10.04 K 30 30 15 0 3 440 75.2 73.2 77.8 69.5 5.02 K 15 15 7 0 5 220 74.0 72.2 81.0 73.0 16.33 K 40 40 20 1 5 440 74.0 72.2 81.0 73.0 8.17 K 20 20 10 0

7.5 220 76.0 74.0 80.0 72.2 24.15 J 50 60 30 1 7.5 440 76.0 74.0 80.0 72.2 12.08 J 30 30 15 1 10 220 79.4 78.0 83.2 77.2 29.64 H 70 75 35 2 10 440 79.4 78.0 83.2 77.2 14.82 H 30 35 20 1

Nota: Los valores de eficiencia y factor de potencia son típicos y pueden variar de acuerdo al fabricante.

23


EFICIENCIA EN % F.P. EN % CORRIEN TE CÓDIGO INTERRUP. FUSIBLE

ARRANDADOR

C.P. VOLTS P/C 3/4 P/C 3/4 P/C EN AMP ROT. BLOQ TERMOMAG SIN

RETARDO CON

RETARDOTENSIÓN

PLENA 15 220 81.5 80.2 82.8 76.5 43.52 H 100 100 60 2 15 440 81.5 80.2 82.8 76.5 21.76 H 50 50 30 2 20 220 82.3 81.6 84.8 79.5 56.11 J 125 150 70 3 20 440 82.3 81.6 84.8 79.5 28.05 J 70 80 35 2 25 220 83.0 82.0 85.0 79.2 69.38 J 175 175 90 3 25 440 83.0 82.0 85.0 79.2 34.69 J 70 90 45 2 30 220 83.0 82.6 85.4 80.3 82.86 J 200 225 100 3 30 440 83.0 82.6 85.4 80.3 41.43 J 100 100 50 3 40 440 83.4 82.9 83.6 77.6 56.13 J 125 125 70 4 50 440 83.0 82.7 84.0 80.0 70.20 H 175 200 90 3 60 440 84.5 84.0 83.3 78.0 83.44 H 200 200 100 4 40 440 81.3 79.3 86.4 83.7 55.74 J 125 125 50 440 84.0 82.5 84.5 81.0 68.96 H 150 175 60 440 85.0 83.5 86.7 83.6 79.70 H 200 200 75 440 85.0 83.6 86.0 82.7 100.43 J 250 250 125 4

100 440 86.0 84.2 85.1 81.0 133.76 J 300 350 175 4 125 440 86.0 84.2 82.0 77.0 173.51 K 400 400 225 5 150 440 87.6 86.0 83.0 78.0 201.95 K 500 500 250 5 175 440 87.0 84.7 86.0 82.8 228.96 K 600 600 300 5 200 440 88.0 87.2 86.0 84.3 258.96 K 700 700 350 5

24

Tabla 1.4.20 Longitud máxima en metros del circuito derivado para motores trifásicos sumergibles, de acuerdo al calibre mínimo del alimentador

(REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR

CALIBRE DEL CONDUCTOR (COBRE)

VOLTS C.P. In (A)

14 12 10 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0 4/0 250 KCM

300 KCM

350 KCM

400 KCM

500 KCM

220 1/2 2.57 154 245 390 620 986 1567 220 3/4 3.38 117 187 297 472 750 1193 1895 220 1 4.12 96,3 153 244 388 616 979 1556 220 1,5 5.44 72,9 116 184 293 466 741 1178 1875 220 2 7.13 55,6 88,4 141 224 355 565 898 1429 1801 220 3 10.04 39,5 62,8 99,8 159 252 401 638 1015 1279 1613 2035 220 5 16.33 24,3 38,6 61,4 97,7 155 247 392 624 786 992 1251 1478 1773 2070 2365 220 7,5 24.15 0 26,1 41,5 66 105 167 265 422 532 671 846 1000 1199 1400 1599 1998 220 10 29.64 0 0 33,8 53,8 85,5 136 216 344 433 546 689 815 977 1141 1303 1629 220 15 43.52 0 0 0 36,6 58,2 92,6 147 234 295 372 469 555 666 777 887 1109 220 20 56.11 0 0 0 28,4 45,2 71,8 114 182 229 289 364 430 516 602 688 860 220 25 69.38 0 0 0 0 36,5 58,1 92,3 147 185 233 294 348 417 487 557 696 220 30 82.86 0 0 0 0 0 48,6 77,3 123 155 195 247 291 350 408 466 582 440 1/2 1.26 617 982 1560 440 3/4 1.69 469 747 1187 440 1 2.06 385 613 974 1550 440 1,5 2.72 292 464 737 1173 440 2 3.57 222 354 562 894 1421

Nota: Si se usan conductores de aluminio, deberá pasarse al siguiente calibre, por ejemplo: si la tabla indica 6 AWG, se seleccionará 4 AWG Caída de tensión máxima del 3 % No más de tres conductores activos en tuberia Temperatura de operación 75 ºC

25


CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR

CALIBRE DEL CONDUCTOR (COBRE)

VOLTS C.P. In (A)

14 12 10 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0 4/0 250 KCM

300 KCM

350 KCM

400 KCM

500 KCM

440 3 3.02 158 251 399 635 1010 440 5 8.17 97,1 154 245 391 621 987 440 7,5 12.8 65,6 104 166 264 420 667 1060 440 10 14.82 45,5 72,5 115 183 291 463 736 1171 440 15 21.76 0 58 92,1 147 233 370 588 937 1180 1489 440 20 28.05 0 0 71,5 114 181 287 456 727 916 1155 440 25 34.69 0 0 57,8 92 146 232 369 588 740 934 1178 440 30 41.43 0 0 48,4 77 122 195 309 492 620 782 986 1165 1398 440 40 56.16 0 0 0 56,8 90,2 144 228 363 457 577 727 860 1031 440 50 70.20 0 0 0 0 72,2 115 182 290 366 461 582 688 825 963 1100 1375 440 60 83.44 0 0 0 0 0 96,6 153 244 308 388 490 579 694 810 926 1157 440 75 100.4 0 0 0 0 0 80,2 127 203 256 323 407 481 577 673 769 961 440 100 133.76 0 0 0 0 0 0 0 152 192 242 305 361 433 505 578 722 440 125 173.51 0 0 0 0 0 0 0 0 187 235 278 334 390 445 556 556 440 150 201.95 0 0 0 0 0 0 0 0 0 202 239 287 335 382 478 478 440 175 228.96 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 211 253 295 337 422 422 440 200 258.69 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 187 224 261 299 373 373

26

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

TEM

PER

AT

UR

A E

NºC

Y A B F H

90 105

130

155

180

CLASE DE AISLAMIENTO

ELEVACIÓN PERMISIBLE DE TEMPERATURA

TEMPERATURA AMBIENTE

Figura1.5.1 Temperatura para las distintas clases de aislamiento


27

CLASE

105CLASE

130

CLASE

CLASE

180

100,000

50,000

10,000

5,000

1,000

500

100

50

10

5

1 (100) (120) (140) (160) (180) (200) (220) (240) (260) (280) (300)

393.16 433.16 473.16 513.1 553.16 373.16 413.16 453.16 493.16 533.16 573.16

TEMPERATURA EN º C

V I DA PROMED IO, EN HORAS

Figura1.5.2 Vida promedio aproximada de los devanados de un

motor en función de la clase de aislamiento y la temperatura de operación. (REFERENCIA: NMX-J-75/1-1994)

28

0 20 40 60 80 100

100

200

300

% de p a r a p l e n a c a r g a

% de velocidad máxima.

Figura 1.5.3 Diseño nema a alta corriente de rotor bloqueado

par normal de rotor bloqueado. (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

0 20 40 60 80 100

100

200

300

%

d e

p a r a

p l e n a c a r g a.


Figura 1.5.4 Diseño nema b baja corriente de rotor bloqueado

par normal de rotor bloqueado (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

29

0 20 40 60 80 100

100

200

300

%

d e

p a r a

p l e n a c a r g a

% de velocidad máxima

Figura 1.5.5 Diseño nema “c” alto par de rotor bloqueado baja

corriente de rotor bloqueado. (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

0 20 40 60 80 100

100

200

300

%

d e

p a r a

p l e n a c a r g a


Figura 1.5.6 Diseño nema “d” alto par de rotor bloqueado baja

corriente de rotor bloqueado (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

30

2. SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN Y POTENCIA 2.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los conceptos que se deben considerar para seleccionar adecuadamente un transformador de distribución o de potencia, para que su operación sea confiable y económica. En este capítulo se consideran transformadores de 5 a 5000 kVA. 2.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN Para la selección de un transformador es necesario considerar los siguientes aspectos: 2.2.1 Transformador de distribución Se define como aquél con tensión primaria de 2.4 a 34.5 kV y con una capacidad máxima de 500 kVA. 2.2.2 Transformador de potencia Son los transformadores de 750 kVA y hasta de 5000 kVA. 2.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS 2.3.1 Normas Los transformadores son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en los capítulos 2, 3 y 4 de especificaciones de transformadores. 2.3.2 Capacidades normalizadas Las capacidades normalizadas para transformadores de potencia se muestran en la tabla 2.8.1. Las capacidades normalizadas para transformadores de distribución se muestran en la tabla 2.8.2. 2.3.3 Temperatura de operación Para seleccionar adecuadamente la temperatura de operación, debe conocerse y considerarse lo siguiente: 2.3.3.1 Incremento de temperatura permisible Es la temperatura máxima de operación normal permisible por el tipo de aislamiento y está dada por la temperatura generada en el interior del transformador y que por lo tanto excede a la del medio ambiente. Este incremento permisible va de 55ºC a 150ºC sobre la temperatura ambiente dependiendo de la clase de aislamiento y la altitud de operación del equipo.

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2.3.3.2 Clase de aislamiento Es el término usado para especificar la temperatura de operación de los tipos de aislamiento:

Clase“A” 55ºC Clase“B” 80ºC Clase“F” 115ºC Clase“H” 150ºC

2.3.3.3 Corrección de incremento de temperatura permisible al variar la altitud de operación Para altitudes mayores de 1000m deben aplicarse los factores indicados en las tablas 2.8.14, 2.8.15, 2.8.16. 2.3.4 Altitud de operación Los aislamientos externos como los de las boquillas, de los transformadores son diseñados para operar a una altitud de 1000 msnm; cuando la altitud del sitio de instalación sea mayor, en el diseño deben aplicarse los factores de corrección indicados en la tabla 2.8.3. 2.3.5 Impedancias normalizadas Los valores de impedancias para los distintos tipos de transformadores se indican en las tablas 2.8.4, 2.8.5 y 2.8.6. 2.3.6 Nivel básico al impulso Un transformador debe ser capaz de soportar sobretensiones transitorias originadas básicamente por descargas atmosféricas en las líneas de alimentación, por lo que su diseño debe contemplarlo; a esto se le denomina nivel básico al impulso. Los valores normalizados de nivel básico al impulso para los diferentes tipos de transformadores se muestran en las tablas 2.8.7, 2.8.8 y 2.8.9. 2.3.7 Corriente de excitación La corriente de excitación es aquella que circula a través de las terminales de un devanado cuando se le aplica tensión nominal a frecuencia nominal, manteniéndose los otros devanados en circuito abierto, se expresa en % con respecto a la corriente nominal de alimentación. Esta no debe ser mayor de 2% para todos los transformadores monofásicos y para transformadores trifásicos mayores de 45 kVA. Para transformadores trifásicos de hasta 45 kVA no debe ser mayor de 2.4 %.

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Para transformadores polifásicos, las corrientes de excitación en las diferentes terminales pueden ser diferentes. Si los valores de estas corrientes no se dan separadamente, la corriente de excitación es la media aritmética de estas corrientes. 2.3.8 Tensión de las derivaciones La diferencia de las tensiones extremas con respecto a la nominal no debe exceder del 10 %. Las derivaciones deben ser del 2.5 % c/u de la tensión nominal, dos arriba y dos abajo. 2.3.9 Características del aceite La tensión de ruptura dieléctrica del aceite nuevo, tomando del transformador, no debe ser menor a los siguientes valores: a) Práctica americana En copa americana Tensión de ruptura dieléctrica Con electrodos planos de sección circular de 25.4 mm de ∅, separados 2.54 mm

30 kV

b) Práctica europea En copa VDE. Tensión de ruptura dieléctrica Con electrodos de casquete esférico con ∅ de la esfera de 50.8 mm y ∅ del casquete de 36.0 mm, separados 1.02 mm.

20 kV

2.4 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN Estas deben ser analizadas detalladamente, puesto que son los datos que se registrarán en la especificación para la adquisición del equipo. 2.4.1 Capacidad La capacidad de un transformador está dada por la magnitud de la carga que puede alimentar. 2.4.2 Número de fases Los transformadores comerciales, de acuerdo al número de fases con que se alimentan, se clasifican en: Monofásicos Trifásicos

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2.4.3 Tipo de conexión Las conexiones más empleadas en los transformadores trifásicos son: Conexión delta Conexión delta abierta Conexión estrella Conexión estrella interconectada (Zig-Zag) 2.4.4 Tensiones 2.4.4.1 Tensión primaria Es la tensión del sistema de suministro con que se alimentará el transformador. Por lo general son: 0.44, 2.4, 4.16, 13.8, 23 y 34.5 kV para transformadores de distribución, y 69, 85, 115 y 230 kV para transformadores de potencia, (fuera de aplicación para CNA). 2.4.4.2 Tensión secundaria Es la tensión que tendrá el sistema de distribución de alimentación a las cargas. Por lo general son: 4160, 480, 440, 277, 220 y 127 V. 2.4.5 Frecuencia La frecuencia normalizada es de 60 Hz. 2.4.6 Tipo de servicio Los transformadores de acuerdo al tipo de servicio se dividen en: servicio interior y servicio exterior o intemperie. 2.5 CONDICIONES AMBIENTALES En la selección de equipo, es importante tomar en cuenta las condiciones ambientales del sitio donde se instalará el equipo. 2.5.1 Temperaturas Es necesario conocer las temperaturas máxima y promedio del sitio. 2.5.2 Altitud Los aislamientos externos (boquillas) de un transformador deben seleccionarse de acuerdo a la altura sobre el nivel del mar en que opere el equipo, ya que la rigidez dieléctrica de un aislamiento disminuye al incrementarse su altura de operación. En la tabla 2.8.3 (ver pág. 21) se muestran los factores de corrección. 2.5.3 Tipo de atmósfera Un factor importante que se debe considerar es el tipo de atmósfera que se tiene en el lugar de la instalación. Básicamente se consideran dos tipos de atmósfera.

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a) De contaminación media.- Que se caracterizan por ser sitios con lluvias intensas, lluvia marina ligera, de suelos sometidos a la acción de fertilizantes e irrigación de plaguicidas. Los lugares que normalmente tienen este tipo de contaminación son: Sitios a más de 50 km de la costa Campos agrícolas Ciudades sin industrias contaminantes Lugares a más de 30 km de industrias contaminantes b) De contaminación alta.- Que se caracterizan por ser sitios con lluvias salinas y alta humedad. Los lugares que normalmente tienen este tipo de contaminación son: Sitios a menos de 50 km de la costa Sitios cercanos a plantas que producen o consumen carbón, plantas petroquímicas, cementeras y acereras En los sitios con alta contaminación, las boquillas de los transformadores deberán seleccionarse con una distancia de fuga mayor, de acuerdo a la tabla 2.8.11. 2.6 RECOMENDACIONES 2.6.1 Tipo de enfriamiento Los transformadores de acuerdo con el tipo de enfriamiento, se clasifican en: 2.6.1.1 Transformadores autoenfriados en aire (AA) Son los transformadores cuyo enfriamiento está dado por la circulación natural del aire al tener contacto con el núcleo y bobinas, también con la superficie del tanque cuando el transformador cuente con éste. 2.6.1.2 Transformadores autoenfriados en aceite (OA) Es el que tiene el núcleo y los devanados sumergidos en aceite aislante; el enfriamiento se realiza mediante la circulación natural del aire en contacto con la superficie del tanque del transformador. 2.6.1.3 Transformadores autoenfriados en aceite y con enfriamiento forzado de aire (OA/FA) Este sistema de enfriamiento es similar al anterior (OA), y la diferencia es que está dotado de ventiladores que provocan una circulación de aire forzado a través de los radiadores de enfriamiento. Estos transformadores tienen dos capacidades; la primera es OA, que permite pérdidas de calor por disipación por la superficie del tanque y radiadores, sin operar los ventiladores; y la segunda a través de ventiladores, con los cuales se obtiene del transformador su capacidad máxima dentro de su temperatura de operación.

35

2.6.2 Transformadores de distribución 2.6.2.1 Capacidad e impedancia La capacidad y la impedancia de los transformadores de distribución están normalizados; los valores se muestran en las tablas 2.8.5 y 2.8.6. 2.6.2.2 Temperatura de operación La temperatura de operación de los transformadores está dada por el tipo de aislamiento empleado, la cual se indica en la tabla 2.8.10. 2.6.2.3 Boquillas Las boquillas están normalizadas de acuerdo a la corriente y tensiones de los transformadores. El fabricante, de acuerdo a la capacidad, tensiones primaria y secundaria, realiza la selección de las mismas. Adicional a lo anterior, se debe considerar el tipo de atmósfera. indicada en tabla 2.8.11 2.6.2.4 Accesorios e instrumentación De acuerdo a normas los transformadores de distribución están dotados con sus accesorios e instrumentos requeridos, los cuales están indicados en las tablas 2.8.12 y 2.8.13 2.6.2.5 Localización de boquillas Para transformadores montados en poste, la localización de las boquillas de alta tensión es sobre la tapa del transformador y las de baja tensión en la pared frontal del tanque del transformador. Para transformadores montados en piso se pueden presentar los siguientes casos: a) Las boquillas de alta tensión también puede estar sobre la tapa del transformador y las de baja tensión en la pared frontal. b) Las boquillas de alta tensión pueden estar en la pared trasera del transformador y las de baja tensión en la pared frontal, donde en este último caso se requieren gargantas, estas características son propias de transformadores para subestaciones eléctricas compactas. 2.6.2.6 Preservación del líquido aislante Los transformadores deben ser construidos con un tanque hermético con objeto de preservar el aceite. El transformador debe permanecer perfectamente sellado desde una temperatura de -5ºC a un máximo de 105ºC en la parte superior del líquido aislante. 2.6.3 Transformadores de potencia 2.6.3.1 Capacidad La capacidad de estos transformadores debe especificarse con aislamiento para 65°C. Las capacidades preferentes se indicán en tabla 2.8.1.

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Cuando el transformador alimenta una carga permanente, ésta se especificará para una elevación de temperatura de 65 °C. En caso de requerirse una capacidad de emergencia, pueden proporcionar un 12 porciento adicional, especificando su capacidad permanente a una elevación de temperatura de 55 °C y a 65 °C. 2.6.3.2 Impedancia La impedancia de un transformador de potencia se determina a partir de los cálculos de regulación de tensión y de corto circuito del sistema de distribución interno. Esta también se pueden obtener a partir de la tabla 2.8.4. 2.6.3.3 Sistema de enfriamiento Los transformadores de potencia hasta 5000 kVA, pueden ser fabricados autoenfriados en aceite (OA) o autoenfriados en aceite y con enfriamiento de aire forzado (OA/FA). Será OA cuando se tenga una carga permanente. Será FA cuando se tenga una carga intermitente o de emergencia. 2.6.3.4 Accesorios e instrumentos Estos se muestran en las tablas 2.8.12 y 2.8.13. 2.6.3.5 Localización de boquillas Las boquillas se localizarán tomando en cuenta los siguientes casos: a) El transformador se montará en una subestación convencional (abierta), por lo tanto la alimentación primaria será aérea y las boquillas de alta tensión se localizarán en la tapa del tanque; la alimentación del secundario será con cables requiriéndose una caja de conexiones cuyas dimensiones permitan alojar los cables. b) El transformador se acoplará a una subestación unitaria; para este caso se debe considerar lo expuesto en el punto "a" del inciso 2.6.2.5. 2.6.3.6 Dimensiones y pesos de transformadores Consultar información de fabricante 2.6.3.7 Preservación del líquido aislante Los transformadores deben estar equipados con algún sistema de preservación del líquido aislante que a continuación se describen:

37

Sistema de tanque sellado Es aquel en donde el interior del tanque se sella aislándolo de la atmósfera, y el gas más el volumen del líquido aislante permanecen constantes en todo el intervalo de temperatura. Se debe proveer en la parte superior del transformador un dispositivo de purga de presión-vacío ajustado para operar a las presiones de ± 45 kPa (± 0.45 kg/cm2). Sistema de gas inerte Es aquel en el cual en el interior del tanque que está sellado con respecto a la atmósfera en todo el intervalo de temperatura especificado por medio de una presión positiva del gas inerte mantenida de una fuente separada de gas inerte y un sistema de válvula reductora. El sistema debe mantener la presión positiva, de tal menera que ésta no sea menor de 7 kpa (0.07 kg/cm2) ni mayor de 56 kpa (0.56 kg/cm2). Sistema con tanque de expansión En este sistema, el líquido aislante contenido en el tanque principal es sellado de la atmósfera en todo el intervalo de temperatura especificado, y se lleva a cabo por medio de un tanque auxiliar previamente lleno de líquido aislante y conectado al tanque principal. Considerar que: El gas del tanque de expansión puede estar aislado de la atmósfera por medio de los siguientes dispositivos: Respiración a través de un desecador Sello con gas inerte aislado de la atmósfera mediante una bolsa o diagrama Recomendaciones generales de los sistemas de conservación de líquido aislante Si no se indica lo contrario, se recomienda que el sistema de tanque sellado sea usado en transformadores con capacidades de 500 a 7500 kVA (OA) para capacidades superiores o iguales a 10,000 kVA se recomienda el sistema con tanque de expansión.

38

2.7 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES 2.7.1 Transformadores de potencia autoenfriados en aceite

Capacidad nominal Ver tabla 2.8.2 Ver punto 2.3.2

Elevación de temperatura Ver tabla 2.8.10 Ver punto 2.3.3

Enfriamiento Ver punto 2.6.1 Tensión de ruptura del aceite aislante Ver punto 2.3.9 Tensiones: Primaria Ver punto 2.4.4.1 Secundaria Ver punto 2.4.4.2 Conexiones: Primaria Ver punto 2.4.3 Secundaria Ver punto 2.4.3 Derivaciones de 2.5% c/u de la tensión nominal

Ver punto 2.3.8

Número de fases Ver punto 2.4.2 Frecuencia Ver punto 2.4.5 Impedancia a tensión y frecuencia nominal Ver tablas 2.8.4/5/6

Ver punto 2.3.5 Corriente de excitación a tensión y frecuencia nominal Ver punto 2.3.7 Nivel básico al impulso onda completa Ver tablas 2.8.7/8/9

Ver punto 2.3.6 Altitud de operación Ver tablas 2.8.3

Ver punto 2.3.4 Tipo de atmósfera Ver punto 2.5.3 Temperaturas ambiente: Máxima Ver punto 2.5.1 Promedio Ver punto 2.5.1 Gargantas Cajas de conexiones Dimensiones de las cajas de conexiones Alta tensión: Largo

Ancho Fondo Baja tensión: Largo Ancho Fondo Distancia de fuga de las boquillas Ver tabla 2.8.11

Ver punto 2.6.3.5 Cambiador de derivaciones operación externa

Alimentación al equipo auxiliar: Tensión Número de fases Transformadores de corriente Tipo de boquilla Alta tensión: Relación de transformación Precisión Baja tensión:

39

Cantidad Relación de transformación Precisión Contactos de alarma por temperatura

Indicador de nivel del líquido Presión positiva en el tanque Ver punto 2.6.3.7 Sistema para la preservación del líquido aislante: Sistema de tanque sellado Ver punto 2.6.3.7 Sistema con gas inerte Ver punto 2.6.3.7 Sistema con tanque de expansión Ver punto 2.6.3.7 Accesorios Ver tabla 2.8.13 Accesorios adicionales

2.7.2 Transformadores de distribución autoenfriados en aceite


Elevación de temperatura Ver tabla 2.8.10 Ver punto 2.6.2.2

Enfriamiento Ver punto 2.6.1 Tensiones: Primaria Ver punto 2.4.4.1 Secundaria Ver punto 2.4.4.2 Conexiones: Primaria Ver punto 2.4.3 Secundaria Ver punto 2.4.3 Derivaciones de 2.5% c/u Ver punto 2.3.8 Número de fases Ver punto 2.4.2 Frecuencia Ver punto 2.4.5 Impedancia a tensión, frecuencia nominal y capacidad OA Ver punto 2.3.5 Corriente de excitación a tensión y frecuencia nominal Ver punto 2.3.7 Nivel básico al impulso onda completa Ver tabla 2.8.7

Ver punto 2.3.6 Altitud de operación Ver tabla 2.8.3

Ver punto 2.3.4 Tipo de atmósfera Ver punto 2.5.3 Temperaturas ambiente: Máxima Ver punto 2.5.1 Promedio Ver punto 2.5.1 Gargantas Dimensiones de las cajas de conexiones Alta tensión:

Largo Ancho Fondo Baja tensión: Largo Ancho Fondo Distancia de fuga de las boquillas Ver tabla 2.8.11

Ver punto 2.6.2.4 Cambiador de derivaciones (operación externa) Contactos de alarma por Temperatura:

40

Indicador de nivel del líquido Localización de boquillas: Alta tensión

Ver punto 2.6.2.5

Baja tensión Ver punto 2.6.2.5 Accesorios Ver punto 2.6.2.4

2.7.3 Transformadores de distribución tipo seco (AA)


Tipo de enfriamiento Ver punto 2.2.2 Tensiones: Primaria Ver punto 2.4.4 Secundaria Ver punto 2.4.4 Número de fases Ver punto 2.4.2 Conexiones: Primaria Ver punto 2.4.3 Secundaria Ver punto 2.4.3 Derivaciones de 2.5% c/u de la tensión nominal Ver punto 2.3.8 Elevación máxima de temperatura Ver punto 2.3.3 Clase de aislamiento Ver punto 2.3.3 Temperaturas ambiente: Máxima Ver punto 2.5.1 Promedio Ver punto 2.5.2 Altitud de operación Ver punto 2.3.4

Ver tabla 2.8.3 Frecuencia Ver punto 2.4.5 Corriente de excitación Ver punto 2.3.7 Impedancia Ver tabla 2.8.6 Nivel básico al impulso onda completa Ver punto 2.3.6

Ver tabla 2.8.7 Accesorios Servicio Ver punto 2.4.6

41

2.8 TABLAS

Tabla 2.8.1 Capacidades para transformadores autoenfriados y con pasos forzados de enfriamiento

(Referencia: NMX-j-284-1986)

MONOFÁSICOS kVA TRIFÁSICOS kVA Autoen friado

Primer paso

Segundo paso

Autoen friado

Primer paso

Segundo paso

833 958 - 750 862 - 1 000 1 250 - 1 000 1 150 - 1 250 1 437 - 1 500 1 725 - 1 667 1 917 - 2 000 2 300 - 2 500 3 125 - 2 500 3 125 - 3 333 4 167 - 3 000 3 750 - 5 000 6 250 - 3 750 4 687 - 6 667 8 333 - 5 000 6 250 - 8 000 10 000 - 7 500 9 375 -

10 000 13 333 16 667 10 000 12 500 - 12 500 16 667 20 833 12 000 16 000 20 000 16 667 22 222 27 777 15 000 20 000 25 000 20 000 26 667 33 333 18 000 24 000 30 000 25 000 33 333 41 666 20 000 25 000 30 000 33 333 44 444 55 555 24 000 32 000 40 000 55 000 85 000 110 000 30 000 40 000 50 000

37 500 50 000 62 500 45 000 60 000 75 000 50 000 66 667 83 333 60 000 80 000 100 000 75 000 100 000 125 000 100 000 133 333 166 666

42

Tabla 2.8.2 Capacidades preferentes para transformadores (REFERENCIA: NMX-J-351-1979)

MONOFÁSICOS (kVA) TRIFÁSICOS (kVA)

5 15 10 30 15 45 25 75

37.5 112.5 50 150 75 225

100 300 167 500 250 750 333 1000 500 1500 833 2000 1250 2500 1667 3750 2500 5000 3333 7500 5000 10000 6667 12000 8333 15000 10000 20000

Tabla 2.8.3 Factores de corrección para la rigidez dieléctrica

(REFERENCIA: NMX-J-284-1986)

ALTITUD (msnm)

FACTOR DE CORRECCIÓN POR ALTITUD

1000 1.00 1200 0.98 1500 0.95 1800 0.92 2100 0.89 2400 0.86 2700 0.83

Tabla 2.8 4 Impedancias para transformadores de potencia


CLASE DE AISLAMIENTO

(kV)

IMPEDANCIA Z (%)

OA FA 15 4.0 - 7.0 4.0 - 7.5 25 4.0 - 7.0 4.0 - 7.5

34.5 4.5 - 7.5 4.5 - 8.0

43

Tabla 2.8.5 Impedancias para transformadores de distribución autoenfriados en aceite (oa)


CLASE DE

AISLAMIENTO

(kV)

IMPEDANCIA Z (%)

TRIFÁSICOS MONOFÁSICOS

Hasta 15 2.0 - 3.0 1.5 - 3.0

25 2.0 - 3.2 1.5 - 3.25

34.5 2.0 - 3.5 1.5 - 3.5

Tabla 2.8.6 Valores generales de impedancia (REFERENCIA: NMX-J-116-1989)

CLASE DE

AISLAMIENTO

kV

IMPEDANCIA Z (%)

Monofásico

Trifásicos

1.2 a 15 1.5 a 300 2 a 3.00

25 1.5 a 3.25 2 a 5.25

34.5 a 69 1.5 a 3.50 2 a 3.50

44

Tabla 2.8.7 Relaciones de niveles de aislamiento para transformadores de potencia (REFERENCIA: NMX-J-284-1986)

NIVEL DE NIVELES BÁSICOS AL IMPULSO (NBI)

ONDA CORTA FRENTE DE ONDA TENSION

DEL

SISTEMA

NBI

(kV)

cresta

AISLAMIENTO A

BAJA

FRECUENCIA

(kV rcm)

ONDA

COMPLETA

(kV)

cresta

(kV)

cresta

Tiempo

mínimo de

arqueo (μs)

Tensión

mínima

(kV) cresta

Tiempo

para

arqueo

(μs)

NIVEL DE

IMPULSO

POR MANIOBRA

LÍNEA-TIERRA

(kV)

cresta

2.5 60 15 60 69 1.5 - - 35

50 75 19 75 88 1.6 - - 38

8.7 9.5 26 95 110 1.8 165 0.5 55

15.0 110 34 110 130 2.0 195 0.5 75

24.0 150 50 150 175 3.0 260 0.5 100

34.5 200 70 200 230 3.0 345 0.5 140

45

Tabla 2.8.8 Valores de pruebas dieléctricas para transformadores de distribución autoenfriados en aceite (oa)


ONDA CORTA CLASE DE

AISLAMIENTO (kV)

PRUEBA A

BAJA

FRECUENCIA

(kV)

ONDA

COMPLETA

NBI

(kV)

(kV)

cresta

Tiempo mínimo

de arqueo (μs)

2.5 15 45 54 1.5

5.0 19 60 69 1.5

8.7 26 75 88 1.6

15.0 34 95 110 1.8

25.0 50 150 175 3.0

34.5 70 200 230 3.0

Tabla 2.8.9 Niveles de aislamiento y pruebas para transformadores tipo seco (aa)


PRUEBA DE IMPULSO (POLARIDAD POSITIVA)

Onda corta

TENSIÓN NOMINAL

DEL EQUIPO

(V)

NBI (kV)

PRUEBA A BAJA

FRECUENCIA (kV rcm)

Onda Completa

(kV) cresta

(kV) cresta

Tiempo mínimo de arqueo (μs)

601-1220 1200 YT/693

10 4 4*

10 10 1.0

2400 4360 YT/2520

20 10 10 *

20 20 1.0

4160 7200

8720 YT/5040

30 12 10 *

30 30 1.0

8320 8720

19 45 45 1.25

12000 13800

13800 YT/7970

60 31 10*

60 60 1.5

18000 22860 YT/13200

95

34 10*

95 95 1.6

23000 24940 YT/1400

110 37 10*

110 110 1.8

27600 34500 YT/19920

175 40 10*

125 125 2.0

34500 150 50 150 150 2.25 (*) Se aplica a devanados en estrella, sólidamente aterrizados

46

Tabla 2.8.10 Límites de elevación de temperatura (REFERENCIA: NMX-J-351-1979)

TEMPERATURA

DEL SISTEMA

AISLANTE

ºC

PROMEDIO DE ELEVACIÓN

DE TEMPERATURA DE LOS

DEVANADOS POR EL

MÉTODO DE RESISTENCIA

ºC

ELEVACIÓN DE

TEMPERATURA DEL

DEVANADO

(PUNTO MÁS CALIENTE)

ºC

150 80 110

185 115 145

220 150 180

Tabla 2.8.11 Distancia de fuga para boquillas de transformadores de distribución y potencia


CONTAMINACION TENSIÓN NOMINAL

(kV)

DISTANCIA DE FUGA

(cm/kV)

Media 13.2 - 33 4.0

Alta 13.2 - 23 6.0

Alta 33 5.0

47

Tabla 2.8.12 Accesorios normales para transformadores monofásicos (REFERENCIA: NMX-J-116-1989)

ALTA TENSIÓN kV 13.2 YT/7.62 22.8 YT/13.2 33 YT/19.05

7.6/13.2 Y, 13.2 13.2/22.86 Y, 23

19.05/33 Y

33

Baja tensión volts

240/120 120/240 127/254

600 y menores

No.

Descripción

kVA

5 A 25

37.5 A

100

A 167

5 A 25

37.5 A

100

A 167

5 A 25

37.5 A

167

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Soporte para colgar tipo Tapón de drenaje y muestreo Combinación válvula de drenaje, conexión inferior del filtro prensa y válvula de muestreo Marca de nivel del líquido aislante Indicador magnético de nivel del líquido aislante Termómetro tipo cuadrante Conexión superior para filtro prensa Cambiador de derivaciones de operación interna Cambiador de derivaciones de operación externa Provisión para manovacuómetro indicador Aditamentos para palanqueo Aditamentos para deslizamiento Registro de mano Aditamentos para levantar Conexión del tanque a tierra tipo A Conexión del tanque a tierra tipo B Conector del tanque a tierra Conexión de la baja tensión a tierra Conector de la baja tensión a tierra Boquillas terminales de alta tensión Boquillas terminales de baja tensión Placa de datos Dato estarcido de la capacidad Soporte para sujetar

A X - - X - - - X - - - - X X X - X X X X X X X -

B X - - X - - - X - - - X X X - X X X X X X X -

B X - - X - - - X - - - - X X X - X X X X X X X X

A X - - X - - - X - - - - X X X - - - X X X X X -

B X - - X - - - X - - - - X X X - - - X X X X X -

C - - - X - - - X - - X X X - - - - X X X X - -

A1 X - X - - - X - - X X X - - - - X X X X - - -

B1 X - - X - - - X - - - X X X - - - - X X X X -

NOTA: Para tensiones mayores de 600 V, las boquillas deben montarse en la cubierta. Para tensiones de 600 V y menores, las boquillas se deben montar en la pared.

48

Tabla 2.8.13 Accesorios normales para transformadores trifásicos (REFERENCIA: NMX-J-116-1989)

ALTA TENSIÓN kV 13.2 Y 23 33

Baja tensión volts 600 y menores

No.

Descripción

kVA 15 A 30

kVA 45 A 75

kVA 112.5

A 150

kVA 15 A

150 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Soporte para colgar tipo Tapón de drenaje y muestreo Combinación válvula de drenaje, conexión inferior del filtro prensa y válvula de muestreo Marca de nivel del líquido aislante Indicador magnético de nivel del líquido aislante Termómetro tipo cuadrante Conexión superior para filtro prensa Cambiador de derivaciones de operación interna Cambiador de derivaciones de operación externa Provisión para manovacuómetro indicador Aditamentos para palanqueo Aditamentos para deslizamiento Registro de mano Aditamentos para levantar Conexión del tanque a tierra tipo A Conexión del tanque a tierra tipo B Conector de la baja tensión a tierra Boquillas terminales de alta tensión Boquillas terminales de baja tensión Placa de datos y su localización Datos estarcido de la capacidad Soporte para sujetar

A X - X - - - X - - - - X X X - X X X X X -

B X - X - - - X - - - - X X X - X X X X X -

B X - X - - - X - - - - X X X - X X X X X -

B1 X - X - - - X - - - - X X X - X X X X X X

NOTA: Para tensiones mayores de 600 V, las boquillas deben montarse en la cubierta. Para tensiones de 600 V y menores, las boquillas deben montarse en la pared.

49

Tabla 2.8.14 Factores de corrección de la capacidad nominal para altitudes mayores de 1000 m, para transformadores sumergidos en líquido aislante


TIPO DE ENFRIAMIENTO FACTORES DE CORRECCIÓN POR CADA 100 M

(TANTO PORCIENTO)

Autoenfriados 0.4

Enfriados por agua 0.0

Enfriado con aire forzado 0.5

Enfriado con aire y liquido aislante

forzados

0.5

Enfriados agua y liquido aislante

forzados

0.0

Tabla 2.8.15 Factores de corrección de los Kva para altitudes mayores de 1000

m (REFERENCIA: NMX-J-351-1979)

TIPO DE ENFRIAMIENTO FACTORES DE CORRECCIÓN

En porciento

Tipo seco autoenfriado 0.4

Tipo seco enfriado por aire forzado 0.5

Tabla 2.8.16 Factores de corrección de la capacidad nominal para altitudes mayores de 1000 m

(REFERENCIA:

TIPO DE ENFRIAMIENTO

FACTOR DE CORRECCIÓN

PORCADA 100 m.

Autoenfriado sumergidos en líquido

aislante

(Tipo OA)

0.4 %

Tipo OA/FA 0.5 %

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3. SELECCIÓN DE INTERRUPTORES 3.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los conceptos que se deben considerar para seleccionar adecuadamente interruptores de media y baja tensión para instalaciones en interior e intemperie. 3.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN Para la selección de un interruptor se deben determinar las características normativas, las características operativas y las condiciones ambientales. 3.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS 3.3.1 Normas Los interruptores son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en los capítulos 7.1 y 7.2 de especificaciones de interruptores. 3.3.2 Tensiones nominales para interruptores de media tensión La tensión nominal de un interruptor de media tensión debe ser seleccionada de los siguientes valores normalizados: Para tensiones menores de 34.5 kV SERIE I 3.6 kV, 7.2 kV, 12 kV, 17.5 kV, 24 kV y 34.5 kV. SERIE II 4.76 kV, 8.25 kV, 15 kV, 15.5 kV, 25.8 kV y 34.5 kV. NOTA: SERIE I Valores normalizados en países europeos para frecuencias de 50 Hz y 60 Hz. SERIE II Valores normalizados en E.U. y Canadá para frecuencias de 60 Hz. 3.3.3 Tensiones nominales para interruptores de baja tensión La tensión nominal de un interruptor de baja tensión debe ser seleccionada de los siguientes valores normalizados: Para Interruptores electromagnéticos: 240 V, 480 V y 600 V. Para Interruptores termomagnéticos: 127 V, 240 V, 277 V, 480 V y 600 V. Para Interruptores de seguridad. Las tensiones máximas para las que se diseñan los interruptores de seguridad de servicio normal son: 140 y 250 volts c.a.; 125 Y 220 volts c.d. Las tensiones máximas para las que se diseñan los interruptores de seguridad de servicio pesado son: 250, 480 y 600 volts en c.a. y 250 volts en c.d.

51

3.3.4 Tamaños nominales de marco Los tamaños nominales de marco deben ser de 30, 50, 70, 100, 150, 225, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1600, 2000 y 2500 amperes. 3.4 NIVELES DE AISLAMIENTO 3.4.1 Interruptores de media tensión El nivel de aislamiento de un interruptor de media tensión debe ser seleccionado de los valores indicados en la tabla 3.13.1 serie I y II. 3.4.2 Interruptores de baja tensión El nivel de aislamiento normalizado para interruptores de baja tensión debe ser 2200 V. 3.5 CORRIENTES NOMINALES Los interruptores no tienen capacidad continua de sobrecarga, por lo tanto cuando se seleccione su corriente nominal, ésta debe cubrir las sobrecargas que pueden circular estando en operación. 3.5.1 Interruptores de media tensión Corrientes nominales y corrientes de interrupción. Corriente de interrupción de cortocircuito.- Los interruptores deben ser capaces de interrumpir la corriente de cortocircuito, bajo condiciones normales de operación, según IEC 56. Corriente sostenida de corta duración.- El interruptor debe ser capaz de conducir en posición de cerrado durante 3 seg. y con un valor igual al de la corriente de interrupción de cortocircuito, según IEC 56. Corriente de cierre o valor cresta.- Los interruptores deben poder cerrar sin sufrir daños ni deformaciones permanentes, con una corriente (valor cresta) de cortocircuito a la tensión nominal, cuyo valor debe ser 2.54 veces al valor rmc de la corriente de interrupción de corto circuito. Corriente nominal de interrupción en oposición de fases.- Los interruptores deben ser capaces de interrumpir la corriente nominal de interrupción en oposición de fases, según IEC 56. Tiempo de interrupción.- Considerado como el intervalo de tiempo transcurrido desde la energización de la bobina de disparo hasta la extinción completa del arco en todos los polos, este debe ser como máximo 5 ciclos. Tiempo de cierre.- Es el intervalo de tiempo transcurrido desde la energización de la bobina de cierre, hasta el instante de toque o cierre de todos los polos, debe ser como máximo 10 ciclos, en frecuencia nominal de 60 Hz.

52

La corriente nominal de un interruptor de alta tensión debe ser seleccionada de los valores normalizados indicados en la tabla 3.13.2 serie I y II. 3.5.2 Interruptores de baja tensión La corriente nominal de un interruptor de baja tensión debe ser seleccionada de los siguientes valores normalizados. Para interruptores electromagnéticos: 225 A, 600 A, 1600 A, 2000 A, 3000 A y 4000 A. Los valores preferentes de corriente nominal, nivel de aislamiento, tensión nominal y corriente interruptiva de corto circuito para interruptores electromagnéticos en aire, se indican en las tablas 3.13.3 y 3.13.4. Para interruptores termomagnéticos: 15 A, 20 A, 30 A, 50 A, 70 A, 100 A, 150 A, 225 A, 400 A, 500 A, 600 A, 800 A, 1000 A, 1200 A, 2000 A y 2500 A. Para interruptores de seguridad: Las capacidades nominales para los interruptores de seguridad de servicio normal deben ser: 30, 60, 100, 200, 400, ó 600 amperes. Las capacidades nominales para los interruptores de servicio pesado de tiro sencillo son: 30, 60, 100, 200, 400, 600, 800 Y 1200 amperes. Para los de doble tiro, las capacidades deben ser: 30, 60, 100, 200, 400 y 600 amperes. 3.6 CORRIENTES INTERRUPTIVAS DE CORTO CIRCUITO 3.6.1 Interruptores de media tensión La corriente interruptiva de corto circuito debe ser seleccionada de los siguientes valores normalizados: 6 kA, 8 kA, 10 kA, 12.5 kA, 16 kA, 20 kA, 25 kA, 31.5 kA, 40 kA, 50 kA, 63 kA, 80 kA y 100 kA 3.6.2 Interruptores de baja tensión La corriente interruptiva de corto circuito debe ser seleccionada de los siguientes valores normalizados: Para interruptores electromagnéticos: 14 kA, 22 kA, 25 kA, 30 kA, 42 kA, 50 kA, 65 kA, 85 kA y 130 kA. Los valores de voltaje nominal, nivel de aislamiento, corriente nominal y corriente interruptiva de corto circuito para interruptores en aire, se indican en las tablas 3.13.3, 3.13.4.

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Para interruptores termomagnéticos: 5 kA, 7.5 kA, 10 kA, 14 kA, 18 kA, 22 KA, 25 kA, 35 kA, 42 kA, 50 kA, 65 kA, 85 kA, 100 kA, 125 kA, 150 kA y 200 kA. Aplicable a interruptores que tengan tamaño de marco hasta de 100 A tensiones nominales de 240 Volts o menos. Para interruptores de seguridad: 14 kA, 22 kA, 25 kA, 30 kA, 42 kA, 50 kA, 65 kA, 85 kA y 130 kA 3.7 SECUENCIAS NOMINALES DE OPERACIÓN De acuerdo con las recomendaciones de la IEC, la secuencia nominal de operación de un interruptor, pueden ser las siguientes: O -3 min - CO - 3 min - CO CO - 15 seg. - CO O - 0.3 seg. - CO -3 min - CO (Para interruptores con recierre automático) Siendo: O = Operación de apertura C = Operación de cierre CO = Operación de cierre seguida de una apertura En interruptores de media tensión cuando no se tenga la alimentación eléctrica externa, el interruptor deberá contar con algún mecanismo de energía almacenada, con excepción de los mecanismos de resorte que deben contar con un material externo con el cual se debe cargar manualmente el resorte en un tiempo máximo estimado de tres minutos. Los interruptores deben garantizar las siguientes diferencias en simultaneidad de tiempos de operación entre el primero y el último polo del interruptor. Operación de cierre: 5 milisegundos como máximo Operación de apertura: 3 milisegundos como máximo 3.8 TENSIONES NOMINALES DE CONTROL 3.8.1 Corriente directa (c.d.) 48 V.c.d., 125 V.c.d. y 250 V.c.d. 3.8.2 Corriente alterna (c.a.) 127 V.c.a., 220 V.c.a. y 440 V.c.a.

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3.9 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS 3.9.1 Clasificación general La Comisión Internacional de Electrotecnia (IEC) clasifica los interruptores de acuerdo a su tensión de operación en dos grupos: Interruptores de media tensión Interruptores de baja tensión 3.9.2 Clasificación de los interruptores de media tensión Los interruptores de media tensión se dividen básicamente en cuatro grupos, clasificados de acuerdo con los elementos que intervienen en la apertura del arco de las cámaras de extinción. a) Interruptores en aceite Este tipo de interruptores poseen forma de columna y ocupan espacios relativamente pequeños, dependiendo de su tensión y capacidad interruptiva. En general son ampliamente recomendables en tensiones y potencias medianas. Son utilizados en algunos casos en subestaciones tipo estación. Los interruptores de este tipo usan un mando que se energiza por medio de resortes. El tiempo de extinción del arco es del orden de 6 ciclos. Los contactos de estos interruptores pueden soportar, según estadísticas de los fabricantes, el siguiente número de operaciones sin requerir su cambio: A corriente nominal, aproximadamente 4000 operaciones A la mitad de la potencia máxima de corto circuito hasta 8 operaciones A plena potencia de cortocircuito hasta 3 operaciones Su principal desventaja es el riesgo de explosión o incendio. b) Interruptores en aire Este tipo de interruptores aprovechan el medio más natural y económico para la extinción del arco eléctrico, el aire, son de rápida operación, se puede aumentar la capacidad de ruptura en proporción de la presión del aire, no provocan explosiones. En este tipo de interruptores después de la apertura el gas ionizado debe ser ventilado; por otra parte los niveles de ruido al operar son muy altos. En fallas próximas al interruptor aparecen sobretensiones muy altas. Este tipo de interruptores son comúnmente utilizados en subestaciones compactas como seccionadores bajo carga tripolar en instalaciones de media tensión hasta 34.5

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kV, este tipo de interruptores pueden interrumpir corrientes de servicio y que al desconectar dan lugar a una apertura apreciable con toda seguridad. En algunos casos se emplean para conectar líneas aéreas o cables y para seccionar circuitos de anillo. Se recomiendan como principal aplicación en sistemas de media tensión para la conexión y desconexión de transformadores con carga o sin ella, en subestaciones compactas. La capacidad interruptiva del seccionador depende de los fusibles utilizados. Los seccionadores de carga están previstos para operación manual por medio de accionamiento de discos o palanca, aunque en caso que se necesite disparo remoto, se puede adicionar una bobina de disparo en c.a. ó c.d. Empleando para el accionamiento, mecanismos de energía almacenada, es decir, resortes. c) Interruptores en gas. Los interruptores en SF6, pueden ser aplicados en sistemas de media tensión, ya que por su característica de alta rigidez dieléctrica del SF6 lo hace un medio ideal para enfriar el arco aun a presiones bajas. Ocupan áreas reducidas ya que tienen capacidades dieléctricas superiores a otros fluídos, con lo cual las distancias se reducen. Son aplicables en subestaciones de distribución y servicios del sector de sistemas de distribución. Su mantenimiento es casi nulo, su costo es elevado pero amortiguable a corto plazo. d) Interruptores en vacío Este tipo de interruptores se utilizan en instalaciones de hasta 34.5 kV dentro de tableros blindados, deberá tenerse cuidado en su instalación y selección, ya que en estos interruptores si por alguna razón se llegara a perder el vacío, la cámara del interruptor podría reventar. Este interruptor es muy compacto, el cual prácticamente no necesita mantenimiento y su precio es relativamente bajo. Siendo la operación del mecanismo de cierre o apertura de los siguientes 3 tipos: Tipo neumático.- El fabricante deberá garantizar que el aire sea seco, de tal forma que el funcionamiento del mecanismo sea confiable.

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Tipo hidráulico.- Con accionamiento por medio de motor, que accione una bomba, compresor o cargue un resorte. Tipo resorte.- Utilizado como medio, de energía almacenada, accionado eléctricamente o por medio de un dispositivo mecánico. Según el tipo de mecanismo y medio de extinción, los tipos de alarmas y bloqueos son: Alarma por pérdida de presión en el mecanismo de operación y bloqueo para el aire Alarma por alta y baja presión en el sistema de aire Alarma por resorte descargado Alarma por pérdida de presión del gas (SF6) y bloqueo 3.9.3 Clasificación de los interruptores de baja tensión Los interruptores en baja tensión se clasifican básicamente en: a) Interruptores electromagnéticos Este tipo de interruptores pueden instalarse en sistemas de generación y distribución tanto industriales como comerciales. Estos interruptores están disponibles para montaje fijo o montaje removible, pueden ser instalados en gabinetes en pared. Cuando se instalen interruptores hasta 1600 A, éstos pueden ser instalados en gabinetes, en pared y de montaje fijo, o bien, en gabinetes autosoportables, del tipo removible. Normalmente este tipo de interruptores cualquiera que sea su tamaño cuentan con mecanismo integrado de energía almacenada y con sistema de protección electrónica de sobrecorriente. Se recomienda utilizar este tipo de interruptores cuando las necesidades de protección y de mando de los circuitos de distribución de baja tensión y alta potencia, es primordial. b) Interruptores termomagnéticos Este tipo de interruptores son apropiados para usarse como interruptores generales o derivados, para protección de alimentadores principales y los equipos conectados a éstos. Este tipo de interruptores ofrece una protección completa para circuitos de distribución de baja tensión, al incorporar la protección de sobrecarga para los

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conductores y la protección contra corto circuito para todos los elementos del circuito como los propios conductores, motores y aparatos de control de éstos. Pueden ser utilizados en tableros de pared, tableros autosoportados, centros de control de motores, combinaciones con arrancadores de motores, sistemas de alumbrado, etc. Este tipo de interruptores pueden ser suministrados en capacidad interruptiva normal, que son los más usuales y que se adaptan a la mayoria de los sistemas de distribución, o bien, los de alta capacidad interruptiva cuando los niveles de corto circuito excedan la capacidad interruptiva de los interruptores de línea normal. c) Interruptores de seguridad (servicio normal o servicio pesado) Este tipo de interruptores representan la protección más segura contra fallas de corto circuito, debido a su respuesta casi instantánea. Sus aplicaciones más comunes son las siguientes: Servicio ligero.- Este tipo de interruptores están diseñados para aplicaciones donde el número de operaciones no es frecuente, se recomiendan estos interruptores para residencias, edificios, comercios, talleres, etc. Proveen un medio seguro para desconectar una carga o abrir un circuito. Provistos de fusibles protegen contra sobrecarga y circuito corto. Servicio pesado.- Este tipo de interruptores están diseñados para aplicaciones donde el número de operaciones es muy frecuente y el requisito de seguridad, funcionamiento y continuidad es muy importante, se recomienda para aplicaciones comerciales, industriales, hospitales, servicios públicos, etc. Proveen un medio seguro para desconectar una carga o abrir un circuito. Provisto de fusibles protegen contra sobrecarga y circuito corto. 3.9.3.1 Dispositivos de disparo a) Interruptores termomagnéticos El dispositivo de disparo en derivación debe tener un contacto auxiliar normalmente abierto, conectado en serie con la bobina, excepto cuando la tensión de operación para la bobina se tome del lado de carga del interruptor, o cuando la bobina de disparo en derivación es para trabajo continuo. Tensión de disparo El dispositivo de disparo por baja tensión en corriente alterna como en corriente directa debe disparar cuando la tensión nominal de la bobina baje al 35%. Se acepta que dispare cuando la tensión baje a un valor entre 70 y 35%.

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Tensión de restablecimiento El dispositivo de disparo por baja tensión, con restablecimiento eléctrico, debe restablecerse a un 85% de su tensión nominal. Uno de restablecimiento mecánico debe permitir el establecimiento a esta misma tensión. b) Interruptor electromagnético Los interruptores electromagnéticos deben tener unidades de disparo por sobrecorriente de estado sólido, incluyendo los sensores de corriente, para protección en las tres fases y de fallas a tierra. Cada unidad de disparo de interruptores electromagnéticos recibe la señal de tres sensores de corriente (transformador de corriente) de acuerdo a los rangos que se indican en el llenado de las hojas de datos. Estas unidades de disparo de los interruptores electromagnéticos deben poder calibrarse de acuerdo a las siguientes características: a) Elemento de tiempo diferido largo (L) Corriente: 0.5 a 1.25 veces del rango del sensor Ajuste de tiempo: 4-36 segundos a 6 veces el rango del sensor b) Elemento de tiempo diferido corto (S) Corriente: 4 a 10 veces el rango del sensor Ajuste de tiempo: 0.18 a 0.5 segundos c) Elemento instantáneo( Y) Corriente: 4 a 12 veces el rango del sensor d) Elementos de falla a tierra (G) Corriente: 0.2 veces la gama del sensor Tiempo: 0.22 a 0.5 segundos. c) Interruptor de seguridad En este tipo de interruptores se provocará la apertura del circuito por fase, en la fase o fases falladas en forma instantánea al fundirse el eslabón fusible que podrá ser de un sólo elemento o bien de doble elemento por fusible. 3.9.3.2 Mecanismo de operación a) Interruptor termomagnético El mecanismo de operación debe tener características de disparo libre. b) Interruptor electromagnético Estos interruptores deberán contar con dispositivo mecánico instalado en el frente del interruptor para el disparo manual, en caso de emergencia o prueba, deberá tener disparo libre, tanto mecánico como eléctrico.

59

c) Interruptor de seguridad Para abrir el interruptor la manija debe operar directamente las navajas sin necesidad de emplear resortes. El interruptor tendrá portacandado y portafusibles en el gabinete. El portafusibles debe llevar resortes auxiliares, abrazaderas o equivalente. 3.9.4 Valores nominales de operación Los principales valores nominales recomendados por normas internacionales y que intervienen directamente en la selección de un interruptor son los siguientes: Tensión nominal Tensión de operación Corriente nominal Corriente interruptiva de corto circuito Capacidad interruptiva en MVA (*) Capacidad de cierre en corto circuito (*) Corriente sostenida de corta duración (**) Frecuencia Secuencia nominal de operación (*) Tensión nominal de control (*) No aplica para interruptores de baja tensión (**) No aplica para interruptores termomagnéticos 3.10 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES Para que las condiciones ambientales no afecten la operación correcta de los interruptores, se debe señalar altitud de operación, temperatura ambiente, elevación de temperatura, así como otras condiciones especiales existentes en el sitio de instalación como humedad relativa, corrosión, salinidad, contaminación y en general, cualquier otra que pueda afectar la operación correcta del equipo. 3.10.1 Temperatura ambiente a) Interruptores de media tensión La temperatura ambiente máxima no debe exceder de 40ºC y su valor promedio en un período de 24 horas, no debe exceder de 35ºC. La temperatura ambiente mínima debe ser de -5ºC para interruptores de servicio interior y -25ºC para interruptores servicio intemperie. La elevación de temperatura de partes, materiales y dieléctricos en interruptores de alta tensión a una temperatura ambiente máxima de 40ºC, no debe exceder este límite. b) Interruptores de baja tensión La temperatura ambiente no debe exceder de 40ºC, la temperatura ambiente mínima debe ser de -5ºC. Aunque un interruptor termomagnético puede operar en servicio continuo en una temperatura ambiente de 40 ± 3°C sin que se dispare

60

automáticamente. Los interruptores de baja tensión tendrán los siguientes límites de temperatura en los puntos de conexión. Interruptores termomagnéticos La elevación de temperatura alcanzada por cualquier terminal o zapata o cualquier otro punto de conexión no debe exceder de 50°C sobre la temperatura ambiente. Interruptores electromagnéticos Las temperaturas de los interruptores dependerán de las clases de aislamiento de los distintos materiales empleados en su construcción y de la prueba de elevación de temperatura con corriente nominal. Interruptores de seguridad Ninguna parte del interruptor debe tener una elevación de temperatura de más de 30°C, sobre la temperatura ambiente cuando se determine de acuerdo al método de elevación de temperatura. La elevación de temperatura de partes, materiales y dieléctricos en interruptores de baja tensión para temperatura ambiente máxima de 40ºC, no debe exceder los límites de temperatura indicados en la tabla 3.13.5. 3.11 ALTITUD DE OPERACIÓN 3.11.1 Interruptores de media tensión Los valores normalizados para interruptores de media tensión están dados para operar en altitudes hasta de 1000 msnm. El equipo normalizado puede ser operado en altitudes mayores si: La tensión máxima de operación no es mayor que la tensión máxima de diseño o nominal del interruptor al ser afectado por los siguientes factores de corrección:

altitud en msnm factor de corrección de tensión 1000 1.00 1220 0.98 1525 0.95 3050 0.80

Los valores de nivel de aislamiento indicados en las tablas 3.13.1, 3.13.2, 3.13.3 y 3.13.4 se corrigen por efecto de la altitud aplicado los mismos factores que se indicaron para corregir la tensión nominal. La corriente nominal es reducida de acuerdo con los siguientes factores de corrección:

61

altitud en msnm factor de corrección de corriente 1000 1.000 1220 0.996 1525 0.990 3050 0.960

3.11.2 Interruptores de baja tensión Los valores normalizados para interruptores de baja tensión están dados para operar en altitudes hasta de 2000 msnm. El equipo normalizado puede ser operado en altitudes mayores si: La tensión de operación no es mayor que la tensión máxima de diseño o nominal del interruptor al ser afectada por los siguientes factores de corrección:

altitud en msnm factor de corrección de tensión 2000 1.00 2600 0.95 3900 0.80

Los valores del nivel de aislamiento se corrigen por efecto de la altitud aplicando los mismos factores indicados para corregir la tensión nominal. La corriente nominal es reducida de acuerdo con los siguientes factores de corrección:

altitud en msnm factor de corrección de corriente 2000 1.00 2600 0.99 3900 0.96

NOTA: Los factores de corrección para altitudes intermedias se pueden determinar por medio de

interpolación lineal.

62

3.12 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES 3.12.1 Interruptores de baja tensión

Altitud de operación Ver punto 3.11 Temperatura máxima Ver punto 3.10.1 Tipo de ambiente Ver punto 3.10 Cantidad de interruptores termomagnéticos Cantidad de interruptores electromagnéticos Cantidad de interruptores de seguridad Tipo de servicio Tensión nominal Ver punto 3.3 Tensión máxima Ver tabla 3.13.3 Corriente nominal Ver punto 3.5.2 y tablas 3.13.3 y

3.13.4 Capacidad interruptiva (rmc) Ver tablas 3.13.3 y 3.13.4 Tensión de control Ver punto 3.8 Sensores de corriente Ver punto 3.9.3.1 Marco y corriente de disparo Ver tabla 3.13.3 Calibraciones Tiempo corto (S)

Ver punto 3.9.3.1

Tiempo largo (L) Ver punto 3.9.3.1 Tiempo instantáneo (Y) Ver punto 3.9.3.1 Falla a tierra (G) Ver punto 3.9.3.1 Mecanismo de operación Ver punto 3.9.3.2 Límites de temperatura en terminales Ver punto 3.10.1 Número de polos

3.12.2 Interruptores de media tensión

Altitud de operación Ver punto 3.11 Temperatura máxima Ver punto 3.10.1 Tipo de ambiente Ver punto 3.10 Cantidad de interruptores Medio de extinción del arco Ver punto 3.9.2 Corriente nominal (valor rmc) Ver tabla 3.13.2 Tensión nominal Ver tabla 3.13.2 Tensión máxima Ver tabla 3.13.2 Corriente de interrupción de corto circuito (rmc) Ver tabla 3.13.2 Corriente de corta duración (3 segundos) Distancia de fuga de fase a tierra Tensión de control de relevadores, bobinas y señalización

Ver punto 3.8

Tensión de equipos auxiliares, motores contactos Ver punto 3.8 Tiempo de interrupción Ver punto 3.5.1 Tiempo de cierre Ver punto 3.5.1 Secuencia nominal de operación Ver punto 3.7 Distancias mínimas:Entre fases De fase a tierra Entre partes vivas del mismo polo Descripción y tipo de conectores terminales Ver punto 3.9.2 Mecanismo de cierre o apertura Mecanismo de disparo Ver punto 3.9.3.1 Alarmas Ver punto 3.9.2

63

3.13 TABLAS

Tabla 3.13.1 Series i y ii capacidad para soportar sobretensiones (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

TENSIÓN VALORES QUE INDICAN LA CAPACIDAD PARA SOPORTAR TENSIONES

NOMINAL

al impulso: por rayo, onda completa, valor cresta a 60 hz; valor eficaz (rmc) por 1 min

O VALOR LISTA 1 LISTA 2

EFICAZ

(rmc)

a tierra entre polos y a través del interruptor

abierto

a través de la distancia

de aislamiento


abierto


de aislamiento


abierto


de aislamien to

(kV) (1)

(kV) (2)

(kV) (3)

(kV) (4)

(kV) (5)

(kV) (6)

(kV) (7)

7.2 40 46 60 70 20 23 17.5 75 85 95 110 38 45 24 95 110 125 145 50 60 36 145 165 170 195 70 80

VALORES QUE INDICAN LA CAPACIDAD PARA SOPORTAR TENSIONES TENSIÓN NOMINAL

VALOR EFICAZ (rmc)

al impulso: por rayo, onda completa, valor de cresta a tierra, entre polos a través del interruptor

a 60 hz; valor eficaz (rmc) a tierra, entre polos y a través del interruptor

abierto

1 min. 10 seg. en húmedo*

(kV) (kV) (2)

(kV) (3)

(kV) (4)

4.76 60 19 -- 15 95 36 --

NOTA: 1) Los valores indicados en la tabla como: “A través de la distancia de aislamiento” son válidas sólo para dispositivos de desconexión donde el espacio entre contactos abiertos está diseñado para satisfacer los requerimientos de seguridad especificados para desconectadores. 2) Para elegir los valores entre la lista 1 y 2 se debe considerar el grado de frecuencia de rayos y sobrevoltajes por desconexión, el tipo de aterrizar el neutro y el tipo de protección por sobrevoltaje, donde sea aplicable. * Aplicable sólo a interruptores para servicio intemperie, los procedimientos de prueba se indican en la norma IEC 60-1, parte 1.

64

Tabla 3.13.2 Serie I y II características de corriente (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

TENSIÓN NOMINAL

(kV)

CORRIENTE INTERRUPTIVA DE CORTO CIRCUITO

Icc (kA)

CORRIENTE NOMINAL

(A)

7.2 8 12.5 16 25 40

400 400 1250 630 1250

630 1250 1600 2500 630 1250 1600 2500 4000

17.5 8 12.5 16 25 40

400 630 1250 630 1250 630 1250

1250 1250 1600 2500

24 8 12.5 16 25 40

400 630 1250 630 1250 630-1250

1250 1600 2500 1600 2500 4000

36 8 12.5 16 25 40

630 630-1250

630 1250 1600 1250 1600 2500 1600 2500 4000

TENSIÓN NOMINAL MÁXIMA


A TENSIÓN NOMINAL MÁXIMA

TENSIÓN NOMINAL MÍNIMA


A TENSIÓN NOMINAL MÁXIMA

CORRIENTE NOMINAL

(kV) (kA) (kV) (kA) (A) 4.76 6.1

8.8 18 29 41

2.3 3.5 3.5 3.85 4.0

13 12 24 36 49

1250 1250 1250

1250 2000 1250 3150

15.0 5.8 9.3 9.8 18 19 28 37

4.0 6.6 4.0 11.5 6.6 11.5 11.5

22 21 37 23 43 36 48

630 1250 1250 1250 1250 2000 1250 2000 1250 2000

3150

65

Tabla 3.13.3 Características de interruptores en baja tensión con dispositivo de disparo instantáneo (REFERENCIA: ANSI C37.16-1988)

66

Tabla 3.13.4 Características de interruptores en baja tensión, sin dispositivo de disparo instantáneo (REFERENCIA: ANSI C37.16-1988)

67

Tabla 3.13.5 Límites de temperatura y elevación para partes, materiales y dieléctricos en interruptores de baja tensión en aire

(REFERENCIA: NEMA – PUBLIC

DESCRIPCIÓN

DE LA PARTE,

V A L O R E S

M Á X I M O S

DEL MATERIAL Y DEL

DIELÉCTRICO

temperaturas total

40ºc

elevación de temperatura en

ºc sobre su temperatura

ambiente de 40ºc

1 contactos de cobre a aleaciones

de cobre con o sin recubrimiento

105

65

2 conductores con aislante

termoplástico (ver nota 1)

100

60

3 conductores con aislamiento de

tela barnizada

125

85

4 fibras empleadas como aislantes

eléctricos

130

90

5 madera y otros materiales

combustibles

130

90

6 compuestos 140 100

7 melamina 190 150

8 compuestos fenólicos usados

como aislantes eléctricos (ver nota

1)

190

150

9 compuestos sellados siendo la

temperatura de ablandamiento

Ta - 15

Nota:1 Esta limitación no es aplicable a compuestos con propiedades especiales de resistencia al

calor.

68

4. SELECCIÓN DE CUCHILLAS SECCIONADORAS EN AIRE 4.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que se deben considerar para seleccionar adecuadamente cuchillas seccionadoras en aire para sistemas eléctricos de 4.16 a 34.5 kV, para servicio exterior ó interior. 4.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN 4.2.1 Características normativas Las cuchillas seccionadoras son diseñadas y construidas de acuerdo a las normas indicadas en el capítulo 8 de especificaciones de cuchillas seccionadoras. 4.2.2 Tensiones y corrientes nominales normalizadas Los valores normalizados para servicio interior o exterior se indican en las tablas 4.7.1, 4.7.2, 4.7.3 y 4.7.4. 4.2.3 Capacidad interruptiva Es el valor de la corriente de cortocircuito máxima que debe de interrumpir el elemento fusible a un voltaje nominal determinado bajo condiciones de prueba. Esta capacidad está en función de la contribución de corriente de cortocircuito por parte de la compañía suministradora y las cargas conectadas en la instalación del usuario. 4.2.4 Corriente aplicada de corta duración La corriente nominal es la corriente que deben soportar las cuchillas en forma permanente, sin sufrir ningún daño a frecuencia y tensión nominal. La corriente está dada en amperes por el valor eficaz (rmc). Los valores están indicados en las tablas 4.7.3, 4.7.4. 4.2.5 Nivel básico al impulso Las cuchillas seccionadoras deberán ser capaces de soportar sobretensiones transitorias, originadas principalmente por descargas atmosféricas en las líneas de alimentación; el nivel básico al impulso de acuerdo a las normas está dado a una altitud de 1000 m.s.n.m. Los valores se muestran en la tablas 4.7.1, 4.7.2 4.7.5. 4.2.6 Potencial aplicado Las cuchillas requeridas deberán soportar los valores de potencial aplicado mostrados en las tablas 4.7.1 y 4.7.2. 4.3 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS 4.3.1 Número de polos Las cuchillas seccionadoras podrán ser de: 1,2 y 3 polos según el caso.

69

4.3.2 Tipo de operación Las cuchillas seccionadoras podrán requerirse de operación unipolar o en grupo según sea el caso. 4.3.3 Tipo de montaje Por su tipo de montaje las cuchillas seccionadoras podrán ser: Cuchillas seccionadoras verticales. Cuchillas seccionadoras horizontales. 4.3.4 Conexión En las cuchillas seccionadoras verticales y horizontales, el contacto fijo debe conectarse en el lado de la acometida en las cuchillas seccionadoras horizontales con el accionamiento al centro y doble interrupción, la conexión de la fuente de energía no requiere ninguna recomendación. 4.3.5 Tipo de servicio Las cuchillas seccionadoras podrán ser para servicio interior o exterior. 4.3.6 Aisladores La distancia de fuga de los aisladores será: 3.5 cm/kV en atmósfera de contaminación media. 4.5 cm/kV en atmósfera de contaminación alta. 4.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES 4.4.1 Temperaturas Tener conocimiento de la temperatura : mínima, máxima y promedio del sitio. 4.4.2 Altitud de operación Las cuchillas desconectadoras deberán estar diseñadas para operar a una altitud de 1000 m.s.n.m., para la selección de cuchillas que operen a altitudes mayores a 1000 m.s.n.m. y cuyas partes aislantes se encuentren en el aire expuestas a la presión atmosférica. Para la selección de cuchillas que operen a altitudes mayores a 1000 m.s.n.m.,deberán aplicarse los factores de corrección indicados en la tabla 4.7.5. 4.4.3 Tipo de atmósfera Básicamente se consideran dos tipos de atmósferas: Contaminación media. Sitios con lluvias intensas, lluvia marina ligera, fertilizantes e irrigación de plagícidas.

70

Los lugares que tienen este tipo de contaminación son: Sitios a más de 50 km de la costa Campos agrícolas Ciudades sin industrias contaminantes. Lugares a más de 30 km de industrias contaminantes Contaminación alta Son los sitios a menos de 50 km de la costa Sitios cercanos a plantas que producen o consumen carbón plantas petroquímicas, cementeras y acereras. 4.5 RECOMENDACIONES 4.5.1 Montaje El montaje está dado básicamente por el arreglo de equipo de la subestación, por lo que debe revisarse el diseño y en él se observará el tipo de montaje. 4.5.2 Tipo de operación El tipo de operación de las cuchillas está dado por la facilidad o dificultad para abrir o cerrarlas. Cuchilla montaje vertical Para seleccionar la operación mediante el empleo de una pértiga se requiere que al frente de la cuchilla exista el área libre, que no debe tener una distancia menos de 2 m. para que una persona pueda operar las cuchillas con la pértiga en forma segura; de no existir esta condición la cuchilla debe operarse mediante mecanismos para operarlas con una manivela y en grupo; para este caso no se requiere de un gran espacio, ya que lo único que se tiene que tomar en cuenta son las distancias de seguridad del operador a las fases eléctricas de la subestación las cuales dependen de la tensión de la subestación. Cuchillas de montaje horizontal La operación de este tipo de cuchillas siempre debe ser en grupo; las cuchillas desconectadoras montadas horizontalmente no permiten su operación mediante pértiga.

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4.5.3 Longitud de la varilla de mando Al especificar cuchillas de operación en grupo, se deberá de indicar la longitud de la varilla de mando de acuerdo a la posición de las cuchillas, de acuerdo al arreglo de la subestación. 4.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES

Cantidad de cuchillas seccionadoras

Número de polos Ver punto 4.3.1

Tipo de montaje Ver punto 4.5.1

Tipo de operación Ver punto 4.5.2

Tensión nominal Ver tablas 4.7.1,4.7.2

Ver punto 4.2.2

Corriente nominal Ver Tablas 4.7.3,4.7.4

Ver punto 4.2.2

Capacidad interruptiva Ver punto 4.2.3

Nivel básico al impulso Ver tabla 4.7.1 y 4.7.2

Ver punto 4.2.5

Frecuencia nominal

Temperaturas:

máxima Ver punto 4.4.1

Mínima Ver punto 4.4.1

Promedio Ver punto 4.4.1

Altitud de operación Ver punto 4.4.2

Tipo de atmósfera Ver punto 4.4.3

Distancia de fuga de los aisladores Ver punto 4.3.6

Contactos terminales

Material del conductor que recibe el conector

Calibre del conductor que recibe el conector

Calibre del conector de puesta a tierra

Tipo de servicio Ver punto 4.3.4

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4.7 TABLAS Tabla 4.7.1 Tensión nominal, nivel de aislamiento y tensión límite de radio interferencia

(Según práctica de E.E.U.U y Canadá) (REFERENCIA: NMX-J-323-1980)

Tensión aguantable de prueba dieléctrica

entre partes vivas y tierra

Tensión de prueba

de radio interferencia

en kV y sus límites

kV (valor eficaz) hasta 60Hz

Tensión

nominal

del

sistema)

en kV

(valor

eficaz

Tensión nominal máxima

del desconectador kV

(valor eficaz)

1 min en seco 10 s

en húmedo

10 s

en rocío

De impulso

(onda 1.2/50μS)

en kV de cresta

kV

Tensión

límite

μV MHz

interior exterior interior exterior exterior interior interior exterior exterior

4.16 4.76 ---- 19 ---- ---- 15 60 ---- ---- *

6.6** 8.25 8.25 26 35 30 24 75 95 5.0 *

13.8 15.0 15.5 36 50 45 26 95 110 9.4 *

23.0 25.8 25.8 60 70 60 40 125 150 15.7 *

34.5 38.0 38.0 80 95 80 ---- 150 200 23.0 * * Los valores de tensión límite de radio interferencia están pendientes de desarrollar, y deben establecerse de común acuerdo entre fabricante y consumidor. ** Tensión restringida, que por su importancia y valor de las instalaciones, es antieconómico modificar su tensión actual de operación.

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Tabla 4.7.2 Tensiones nominal, nivel de aislamiento y tensión límite de radio interferencia

Tensión

nominal

Tensión

nominal

Tensión aguantable de prueba dieléctrica

entre partes vivas y tierra

Tensión de

prueba de

radio interferencia

del sistema máxima de kV (valor eficaz)

hasta 60Hz

De impulso (onda 1.2/50μS)

en kV de cresta

en kV

y sus límites*

en kV

(valor eficaz)

desconectador

en kV

(valor eficaz)

A tierra

y entre polos

1 min

Entre contactos de

un mismo polo

(desconectador

abierto) min

A tierra

y entre polos

Entre contactos de

un mismo polo

(desconectador

abierto)

kV

Tensión

límite

μV MHz

4.16 7.2 20 23 70 70 *

6.6** 7.2 20 23 70 70 *

13.8 17.5 38 45 110 110 *

23.8 24 50 60 145 145 *

34.5 36 70 80 195 195 * NOTAS: * Los valores de tensión límite de radio interferencia, están pendientes de desarrollar, y deben establecerse de común acuerdo entre fabricante y consumidor. ** Tensión restringida, que por su importancia y valor de las instalaciones, es antieconómico modificar su tensión actual de operación. 1 - Según práctica europea los valores de prueba dieléctricos son los mismos para equipos de servicio interior o exterior, con la diferencia que dichas pruebas se efectúan bajo lluvia al equipo de servicio exterior. 2 - Según práctica europea o normas internacionales, no se efectúan pruebas de rocío al equipo de servicio interior. (SEGÚN PRÁCTICA EUROPEA) (REFERENCIA: NMX-J-323-1980)

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Tabla 4.7.3 Corrientes nominales y momentáneas (REFERENCIA: NMX-J-323-1980)

Corriente nominal en amperes.

Corriente momentánea nominal en kA eficaces para servicio interior y

exterior. 200* 20 400 20

600, 630 40 1200, 1250 60

1600 70 2000 80

NOTA: La corriente nominal de 3 segundos, se obtiene dividiendo la corriente momentánea nominal entre 1.6. * Desconectadores de 200 A, solamente para servicio interior.

Tabla 4.7.4 Corrientes nominales y de corta duración de 1 segundo, para servicio interior y exterior (REFERENCIA: NMX-J-323-1980)

Corriente nominal en A. Corriente de corta duración de

1 segundo en kA eficaces. 200* 12.5 400 10 y 12.5

600, 630 12.5, 16 y 25 1200, 1250 12.5, 16, 20, 25, 31,.5, 40 y 50

1600 16, 20, 25, 31.5, 40 y 50 2000 20, 25, 31.5, 40 y 50

NOTAS: * Desconectadores de 200 A, solamente para servicio interior. 1 -La corriente momentánea nominal de cresta, se obtiene multiplicando la corriente de corta duración de 1 segundo por 2.5. 2 -La variabilidad reportada de los valores de corriente de corta duración de 1 segundo en kA es dependiente de la tensión del sistema y de los valores de corto circuito del mismo. 3 -Para duración de cortocircuito mayor de 1 segundo la relación entre corriente y tiempo se determina de acuerdo con la siguiente fórmula:

12 .t = constante Si un valor de más de 1 segundo es necesario, el valor de 3 segundos es el recomendado.

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Tabla 4.7.5 Factor de corrección por altitud (REFERENCIA: IEEE STD C37-1992)

Altitud

m.

Tensión nominal

no disruptiva.

Corriente

nominal.

1000 1.00 1.00

1200 0.98 0.995

15500 0.95 0.99

1800 0.92 0.985

2100 0.89 0.98

2400 0.86 0.97

2700 0.83 0.965

3000 0.80 0.96

3600 0.75 0.95

4200 0.70 0.935

4800 0.65 0.925

5400 0.61 0.91

6000 0.56 0.90

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5. SELECCIÓN DE TABLEROS 5.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los conceptos y características que se deben considerar para seleccionar adecuadamente los tableros de mediana y baja tensión. 5.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN Las características particulares de los componentes contenidos en los tableros para sistemas trifásicos, estarán sujetas a sus especificaciones correspondientes. Para la selección de tableros de mediana y baja tensión es necesario considerar los siguientes aspectos: 5.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS 5.3.1 Normas Los tableros son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en sus capítulos 9,10 y 13 de especificaciones. 5.3.2 Tensión nominal Los valores de tensión nominal de los tableros Metal-Clad y tableros blindados para subestación compacta deben ser los indicados en las tablas 5.8.1 y 5.8.2. Los valores de tensión nominal de los tableros de baja tensión blindados deben ser los que se indican a continuación: 240V; 110V Los valores de tensión nominal de los centros de control de motores deben ser los que se indican a continuación: 220V; 110V Los valores de tensión nominal de los tableros de distribución de fuerza y alumbrado deben ser los que se indican a continuación: 2240 V.c.a.; 48 V.c.d., 600 V.c.a.; 250 V.c.d. 5.3.3 Nivel de aislamiento Es la combinación de los valores de tensión (tensión sostenida a la frecuencia del sistema y tensión de impulso) que caracterizan el aislamiento de un tablero en relación con su aptitud para soportar los esfuerzos dieléctricos. Los valores de nivel de aislamiento para tableros Metal-Clad y tableros blindados para subestación compacta deben ser los indicados en las tablas 5.8.1 y 5.8.2. La tensión nominal de aislamiento (VA) de un circuito en un tablero blindado de distribución en baja tensión en un centro de control de motores y en un tablero de

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distribución de fuerza y alumbrado es el valor de tensión para el cual fue diseñado y para lo cual están referidas las pruebas dieléctricas, claros y distancias de fuga. 5.3.4 Frecuencia nominal La frecuencia nominal para todos los tableros debe ser 60 Hz. 5.3.5 Corriente nominal En los tableros Metal-Clad, los valores de corriente nominal que circularán por los alimentadores o barras colectoras, deben seleccionarse de los siguientes:

400 1200 3000 600 1250 3150 630 1600 4000 800 2000 5000 100 2500

La corriente que el circuito del tablero blindado para subestación compacta es capaz de conducir continuamente bajo condiciones prescritas de uso y funcionamiento, el valor de esta corriente se encuentra en 400 y 630 amp. En los tableros blindados en baja tensión los valores de corriente nominal, que circulará por los alimentadores o barras colectoras, deben seleccionarse de los siguientes: 800A, 1600A, 2000A, 3200A y 4000A La corriente nominal (ln) de un circuito de un centro de control de motores es establecido por el fabricante, tomando en consideración los rangos de los componentes del equipo eléctrico en el ensamble de un circuito, así como su disposición y aplicación debido a que la determinación de los valores nominales es compleja, no se han podido normalizar. Los valores de corriente nominal para los tableros de distribución de fuerza y alumbrado deben ser los que se indican a continuación: 400-1200 amp. zapatas principales 100-2000 amp. interruptor principal 600 a 2000 amp. capacidad en barras principales 5.3.6 Corriente soportable de corto tiempo Los valores de corriente soportable de corto tiempo están bajo consideración, el corto tiempo normalizado para estos valores será de un segundo. Para duraciones

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mayores de un segundo, la relación entre corrientes y tiempos, si no se especifica en otra forma el fabricante debe considerar que está de acuerdo con la fórmula.

constante = I2 X t

Considerar que la corriente soportable de corto tiempo de un circuito es la corriente máxima (en valor eficaz) que puede soportar el propio circuito durante el corto tiempo prescrito, sin sufrir daño eléctrico, térmico, mecánico o deformación permanente. 5.3.7 Corriente soportable de cresta El valor de la corriente soportable de cresta en los tableros Metal-Clad y tableros blindado para subestación debe ser igual a 25 veces la corriente soportable de corto tiempo. La corriente soportable de un circuito de un tablero blindado de distribución de baja tensión, un centro de control de motores y un tablero de distribución de fuerza y alumbrado es el valor de la corriente que el circuito puede soportar bajo condiciones de prueba. 5.3.8 Elevación de temperatura En los tableros Metal-Clad y tableros blindados para subestación la elevación de temperatura sobre la ambiente en condiciones normales de servicio de cualquier componente contenido en un tablero no debe exceder los límites de elevación de temperatura prescritos en la especificación relativa a ese componente, los cuales estén referidos a la temperatura del aire ambiente. Los límites de elevación de temperatura dados en la tabla 5.8.9, no deben excederse para tableros blindados de distribución en baja tensión, en los centros de control de motores y en los tableros de distribución de fuerza y alumbrado. 5.3.9 Grados de protección Para tableros blindados (Metal-Clad) y tablero blindado para subestación el grado de protección debe especificarse separadamente para cubiertas y divisiones, es necesario especificar el grado de protección para cubiertas, el grado de protección se indica con un número característico de acuerdo con la tabla 5.8.3. El grado de protección existente en un tablero blindado de distribución de baja tensión, en un centro de control de motores y en un tablero de distribución de fuerza y alumbrado contra el contacto con partes vivas, la penetración de cuerpos sólidos y extraños as´como líquidos, se indica en la tabla 5.8.3.

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5.4 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN 5.4.1 Tablero blindado (Metal-Clad) Término genérico con que se designa el conjunto integrado en un gabinete metálico, total o parcialmente cerrado, que aloja dispositivos de interrupción de mediana tensión (más de 1000 volts) y el equipo de control, medición, protección y regulación asociado a los mismos, así como los elementos necesarios para la interconexión y soportes de dispositivos y equipo. 5.4.1.1 Capacidad interruptiva Esta podrá ser de 250 a 750 MVA. y las características de los interruptores en aire para los tableros en media tensión serán las indicadas en la tabla 5.8.5. 5.4.1.2 Tensión nominal Los valores nominales de los tableros de alta tensión trifásicos se indican en las tablas 5.8.1 y 5.8.2. 5.4.1.3 Corriente nominal La corriente nominal podrá ser 400, 600, 630, 800, 1000, 1200, 1250, 1600, 2000, 2500, 3000, 3150, 4000 y 5000. 5.4.1.4 Tipo de servicio Servicio interior o intemperie con pasillo o sin pasillo. 5.4.1.5 Tipo de mecanismo de operación del interruptor principal Podrá ser por medio de solenoide o energía almacenada. 5.4.1.6 Tensión de control Para energizar las bobinas de cierre, apertura del cortacircuito o el motor si es de energía almacenada. Las tensiones nominales de control se indicarán en la tabla 5.8.4. 5.4.1.7 Cables de fuerza Éstos podrán entrar por la parte inferior del módulo y por la parte superior para módulos con interruptor de enlace. 5.4.1.8 Preparación de superficies y recubrimientos El acabado de estructuras y gabinetes, consiste de epóxico catalizador color gris, excepto que se indique otro color en la hoja de datos de la especificación. 5.4.1.9 Accesorios Los tableros de mediana tensión podrán contar con los siguientes accesorios de acuerdo a las necesidades de operación. Transformadores de corriente Transformadores de potencial

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Relevadores de protección Instrumentos de medición Indicadores, voltímetros y amperímetros Conmutadores de instrumentos y prueba Lámparas indicadoras Resistencias tipo calefactoras de espacio y termostato 5.4.2 Tablero blindado para subestación compacta Término genérico con que se designa el conjunto integrado en un gabinete metálico, totalmente cerrado, éstos se fabrican en secciones para facilitar su transporte y montaje, pero una vez instalados forman un solo conjunto. Cada sección llena una función, mide, protege, conecta o desconecta y transforma. Los aparatos o equipos y sus conexiones se encierran en gabinetes metálicos de tal manera que protegen a los equipos, la propiedad y a las personas encargadas de su manejo. 5.4.2.1 Tipo de servicio Interior.- Para ser montados en el interior de un edificio, bajo un cobertizo sin que se vean afectados por la lluvia, la humedad o cualquier otro agente físico que la perjudiquen, se fabrican con lámina no menor de 2.1 mm (1/16”) de espesor. Exterior o intemperie, para ser montadas a la intemperie, directamente sobre una cimentación de concreto y expuesta a la lluvia y al sol. Se fabrican con lámina no menor de 3.2 mm (1/8”), con techo inclinado, puertas con empaque de neopreno y sin dejar expuestos aparatos o elementos de control. El tablero estará formado por gabinetes individuales integrando un arreglo de un solo frente. En las tablas 5.8.6 y 5.8.8, se indican los componentes normales y opcionales de una subestación y las dimensiones de los gabinetes y transformadores. 5.4.2.2 Barras de tierra Deberá llevar una barra de tierra de cobre de alta conductividad a todo lo largo del tablero con una capacidad del 25% de las barras principales con zapatas del tipo mecánico con prisionero central. 5.4.2.3 Resistencias calefactoras Para evitar condensación de la humedad dentro de los gabinetes, se deberán proporcionar resistencias calefactoras para servicio continuo con cubierta de acero inoxidable con tensión de operación de 127 V, 250 W, ó 220V, 300 W controlado por un termostato. 5.4.2.4 Barras principales Las barras principales como las derivadas, serán de cobre electrolítico de alta conductividad. Las conexiones y uniones de barras principales y derivadas, se proporcionarán plateadas. En la tabla 5.8.7 se indican las características eléctricas principales de las subestaciones.

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5.4.3 Tablero blindado en baja tensión El tablero para baja tensión del tipo blindado, está formado por secciones rígidamente soldadas, autosoportadas, unidas entre si para formar ensambles, con interruptores del tipo electromagnético, montaje fijo o removible, tres polos, tiro sencillo, operación eléctrica o manual y mecanismo de energía almacenada. El tablero se fabrica para servicio interior o para servicio intemperie. El tablero será diseñado en tal forma que pueda acoplarse en sus extremos con otras secciones del mismo tipo. El tablero o secciones para su embarque, serán provistos de una base de canal estructural que permite su instalación sobre canales. Esta estructura estará fabricada con perfiles de lámina de acero rolada en frío para lograr una alta resistencia mecánica. La estructura deberá tener suficiente rígidez para soportar los esfuerzos mecánicos producidos por la corriente de corto circuito, así como los esfuerzos ocasionados por la apertura y cierre de los interruptores. Los compartimientos del tablero estarán construidos de tal forma, que se encontrarán separados y aislados por barreras metálicas de acero para cada interruptor, instrumento y barras. Cada uno de los compartimentos de interruptor o instrumentos, contarán con una puerta frontal embisagrada con perillas moleteadas. En la parte posterior, se proporcionarán cubiertas demontables atornilladas, para facilitar su acceso al compartimento de cables. 5.4.3.1 Capacidad interruptiva La capacidad interruptiva es 85 kA (en sistemas a 480 V). 5.4.3.2 Tensión de control Los valores de tensión de control se indican en la tabla 5.8.4. 5.4.3.3 Barras y conexiones Las barras principales y las derivadas serán de cobre electrolítico de alta conductividad y en capacidades de 800 a 4000A. Las conexiones y uniones de barras principales y derivadas, serán plateadas y fijadas con tornillos. 5.4.3.4 Barra de tierra La barra de tierra será de cobre electrolítico de alta conductividad en todo lo largo del tablero con una capacidad del 25% de las barras principales y zapatas del tipo mecánico con prisionero central para calibres de conductores requeridos.

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5.4.3.5 Soportes Las barras serán soportadas por aisladores de porcelana o resina époxica, con nivel de aislamiento y resistencia mecánica para soportar los esfuerzos causados por la corriente simétrica de corto circuito. 5.4.3.6 Alambrado de control El alambrado de control será con cable calibre 14 AWG con aislamiento retardante a la flama, con tensión máxima de operación de 600V y temperatura máxima de operación de 90 grados centígrados. 5.4.3.7 Alambrado de dispositivos Los dispositivos empleados para control, protección y medición montados en el tablero, serán alambrados entre sí mediante conductores provistos de zapatas terminales de compresión tipo ojillo y las puntas finales iran alambradas hasta las tablillas terminales. 5.4.3.8 Lámparas indicadoras Lámpara piloto con protección de penetración de polvo y agua, tipo resistencia o transformador, con foco de 6 u 8 volts con capuchones en colores rojo, verde y ambar según se requiera. 5.4.3.9 Conmutador de cierre-disparo de interruptor Este conmutador será de tres posiciones, dos con contactos momentáneos, retorno automático y una con contacto sostenido, con capacidad continua de 20 a 480V. 5.4.3.10 Conmutador amperímetro-voltímetro Estos conmutadores serán de cuatro posiciones, con contactos sostenidos traslapados, con capacidad de 10 a 480V. 5.4.3.11 Placas de leyenda Estas placas de leyenda serán de aluminio anodizado, fondo negro y letras blancas. 5.4.3.12 Transformadores de corriente y potencial Serán del tipo seco, con aislamiento para 600V. Los transformadores de corriente serán del tipo ventana, se colocará uno en cada fase a la entrada de los interruptores principales o a la salida de los derivados. La relación, la clase y la potencia de precisión se dará de acuerdo a los requerimientos del diseñador. Los transformadores de potencial serán dos para cada alimentador principal, con fusibles en el primario y en el secundario. La relación, la clase y la potencia de precisión se dará de acuerdo a los requerimientos del diseñador.

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5.4.3.13 Instrumentos de medición Serán del tipo semi-embutido para montarse en tablero, con terminales de conexión en la parte posterior, con caja en color negro y carátula blanca con números negros, operarán con transformadores de corriente de 5 A en el secundario y de potencial de 120V en el secundario. 5.4.3.14 Resistencias calefactoras Para evitar condensaciones de la humedad dentro de los gabinetes, deberán colocarse resistencias calefactoras para servicio continuo con cubierta de acero inoxidable y tensión de operación de 127V, 250W, ò 220V, 300W controladas por termostato. 5.4.4 Centro de control de motores Gabinete que tiene por objeto montar los dispositivos de control y protección de varios motores, formado por secciones rígidamente soldadas, autosoportadas, unidas entre sí para formar ensambles, las estructuras tienen 228 cm. de alto, 55 cm. de ancho y 50 cm. de fondo, cada sección tiene un máximo de seis compartimentos para controlar motores de 15 C.P. A 220V ó de 25 c.p. en 440V cada uno de estos compartimentos son cajas (silletas) que pueden enchufarse y extraerse para modificación o mantenimiento. El centro de control de motores se fabrica para servicio interior o intemperie. El diseño contempla que puede acoplarse en sus extremos con otras secciones del mismo tipo, en el frente llevan puertas para permitir el acceso al equipo para su conexión y servicio, varias secciones colocadas una al lado de otra (o espalda con espalda) forman un conjunto de frente muerto. El ensamble del centro de control de motores deberá tener suficiente rigidez para soportar los esfuerzos mecánicos producidos por la corriente de corto circuito, así como los esfuerzos normales de operación y de montaje. 5.4.4.1 Capacidad interruptiva La Capacidad interruptiva es 22 kA. 5.4.4.2 Tensión de control Los valores de tensión de control se indican en la tabla 5.8.4. 5.4.4.3 Barras colectoras principales Para la distribución de la energía se deberán usar un juego de barras con capacidad de 300 amperes como mínimo, y en centros de control de motores de doble frente la capacidad mínima de las barras verticales serán incrementadas a 600 amperes. 5.4.4.4 Barras de bus horizontal Cada compartimento vertical y ducto de alambrado se encuentra aislado de las barras horizontales por medio de barretas metálicas.

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5.4.4.5 Ducto vertical de alambrado El ducto de alambrado de 111 mm de ancho interior entre unidades removibles adyacentes además abarca todo el fondo de la estructura. 5.4.4.6 Ducto horizontal de alambrado Espacios de 229 mm en las partes superior e inferior de la estructura suministran los ductos necesarios para el alambrado entre las secciones. 5.4.4.7 Cables de entrada Los cables de alimentación pueden entrar por la parte superior o inferior del centro de control y pueden ser conectados fácilmente a las zapatas montadas en las barras o al interruptor principal. 5.4.4.8 Espacios libres para recibir tubos conduit El diseño de la estructura con armazón abierta, proporciona máximo espacio para la entrada de tubos conduit, en la parte superior o inferior de la misma. 5.4.4.9 Unidad removible El centro de control de motores aloja arrancadores hasta el tamaño NEMA 5. Cada unidad está completamente aislada de las unidades adyacentes. Los interiores de las unidades están cerrados excepto en un espacio cerca del fondo de la unidad que sirve para la entrada y salida de los cables que van al ducto vertical de alambrado. Las conexiones al bus vertical son hechas mediante contactos deslizantes. Los espacios mínimos necesarios ocupados por las diferentes combinaciones de las unidades removibles en CCM se muestran en la tabla 5.8.15. 5.4.4.10 Componentes de la unidad removible Cada unidad removible de arrancador o combinación esta equipada con un interruptor de caja moldeada termomagnético, que es operado por una manija que va montada sobre el mismo interruptor. Los arrancadores estándar están equipados con relevadores de sobrecarga en 2 polos, con reposición manual o automática. Cada arrancador lleva su propio contacto de sello para el circuito de la bobina, transformador de control y opcionalmente contactos auxiliares. Las corrientes y capacidades máximas para arrancadores así como sus combinaciones de interruptores y arrancadores para motores trifásicos se muestran en las tablas 5.8.13 y 5.8.14. 5.4.4.11 Mecanismo de operación Una manija de movimiento vertical de posiciones indica las posiciones de cerrado, abierto o disparado del interruptor, cuenta con un mecanismo de candado que hace posible asegurar el interruptor en las posiciones de abierto o cerrado.

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5.4.4.12 Transformador de control Tipo encapsulado de 180/120V.C.A. 60 Hz, con portafusibles de 600V y fusibles de 30A en lado primario y 10A en lado secundario. 5.4.4.13 Lámparas indicadoras Estas lámparas deben cumplir con lo siguiente: a) Tensión nominal 120 V.c.a. b) Tipo transformador o resistencia c) Focos de 6V d) Capuchones desmontables rojo, verde y blanco 5.4.4.14 Estación de botones Estas estaciones deben cumplir con lo siguiente: Contacto momentáneo 600 V.c.a. y 100A momentáneos 30A interruptivos, 3A continuos, en 120 V.c.a. Para arrancador no reversible: arrancar-parar Para arrancador reversible: adelante, atras y parar 5.4.4.15 Resistencias tipo calefactoras de espacio y termostato Tensión de alimentación 127 ó 220 V.c.a. Potencia 150 ó 220 watts Protección mecánica rejilla metálica Control por termostato automático con temperatura ajustada entre 15 y 30 grados centígrados Protección por fusibles del tipo cartucho 5.4.4.16 Placas de identificación Cada tablero contará con una placa de identificación, la cual será de aluminio anodizada, fondo negro y letras blancas. 5.4.4.17 Instrumentos de medición Serán del tipo semi-embutido para montarse en tablero, con terminales de conexión en la parte posterior y podrán operar con transformadores de corriente de 5A en el secundario y de potencial de 120V en el secundario. 5.4.4.18 Transformadores de corriente y potencial Estos serán del tipo seco, con aislamiento para 600V. La relación, la clase y la precisión se dará de acuerdo a los requerimientos de diseño.

86

5.4.5 Tablero de distribución de fuerza y alumbrado Los tableros de distribución y alumbrado del tipo autosoportado o sobrepuesto suministran amplias posibilidades de aplicación en sistemas de distribución de baja tensión. Están disponibles con una amplia gama de interruptores y gabinetes. Los interruptores se montan horizontalmente y se conectan a las barras principales por medio de conectores. El conjunto de interruptores y barras eléctricamente unidos van instalados en un solo ensamble o frente que se integra al gabinete. El gabinete tiene una estructura firme y cubiertas atornilladas que se desmontan con facilidad para mayor facilidad de acceso durante el montaje o mantenimiento. Estos tableros pueden llevar equipo de medición opcionales como son: Amperímetro, voltímetro, conmutadores de fases con transformadores de potencial y corriente. Los tableros de baja tensión se pueden fabricar como se describe a continuación: a) Tablero de frente vivo Es aquel que tiene partes vivas expuestas en el frente. b) Tablero de frente muerto Es aquel donde las partes vivas no están expuestas en el frente. c) Tablero cerrado Es aquel con el frente muerto que tiene una cubierta metálica que cubre totalmente el ensamble. El acceso al interior del tablero es a través de puertas o cubiertas. 5.4.5.1 Capacidad interruptiva 65 kA simétricos, a 240 V.c.a. 35 a 51 kA simétricos, a 480 V.c.a. 5.4.5.2 Sistema 3 fases; 3 hilos 3 fases; 4 hilos 5.4.5.3 Barras colectoras principales Para la distribución de energía se deberán usar un juego de barras con capacidad en amperes de: 600 1200 2000 800 1600 5.4.5.4 Alimentación La alimentación se puede hacer a través de zapatas o interruptor principal.

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5.4.5.5 Construcción de gabinete Este tablero se construye en gabinete NEMA 1 como equipo estandar. 5.4.5.6 Interruptores derivados Las capacidades de los interruptores derivados deberán ser de: 10 a 1200A Estos y otros valores se indican en las tablas 5.8.12 y 5.8.16. 5.4.5.7 Instrumentos de medición Serán del tipo semi-embutido para montaje en tablero, con terminales de conexión en la parte posterior, con caja en color negro y carátula blanca con números negros. Operarán con transformadores de corriente de 5 Amp. en el secundario y de potencial de 120V en el secundario. 5.4.5.8 Placas de leyenda Estas placas de leyenda serán de aluminio anodizado, fondo negro y letras blancas. 5.5 CONDICIONES AMBIENTALES Las condiciones que se consideran normales para la operación de los tableros y que se tendrán en cuenta para el diseño y construcción de los mismos serán las siguientes: 5.5.1 Temperatura ambiente En tableros blindados (Metal-Clad) y en tableros blindados para subestación la temperatura del aire ambiente no excederá de 40 grados centígrados y su valor promedio medido en un período de 24 horas, no excederá de 35 grados centígrados. Para los tableros blindados de distribución en baja tensión, los centros de control de motores y los tableros de distribución de fuerza y alumbrado, los valores de temperatura ambiente no deben exceder de +10°C, y el promedio sobre un período de 24 hrs., no debe ser mayor de +55°C. 5.5.2 Temperatura mínima La temperatura mínima del aire ambiente no será inferior a: Para instalación en interior -5 grados centígrados Para instalación a la intemperie -25 grados centígrados 5.5.3 Altitud En los tableros blindados (Metal-Clad) y tableros blindados para subestación la altitud no excederá de 1000 m.

88

Al seleccionar tableros para altitudes que excedan de 1000 m debe consultarse la tabla 5.8.11, para el caso de tableros que tengan partes aisladas por aire a la presión atmosférica. En los tableros blindados para distribución en baja tensión, los centros de control de motores y los tableros para distribución de fuerza y alumbrado los valores de altitud se indican en la tabla 5.8.11. 5.5.4 Atmósfera contaminada Es la mezcla de aire y vapores o gases de aire y polvos o fibras combustibles en proporciones tales que en contacto con energía calorífica, ocasionan una explosión o fuego. 5.5.5 Exposición al calor y clima húmedo Para instalación intemperie, el fabricante debe tomar en cuenta la presencia de condensación, lluvia, nieve, una capa de hielo o escarcha hasta de 5 kg/m2, cambio rápido de temperatura, presión del viento de 700 PA (71.4 kg/m2) y los efectos de la radiacion solar. 5.5.6 Instalación de gabinetes de acuerdo a la designación de NOM En los tableros blindados (Metal-Clad) y los tableros blindados para subestación, la descripción simplificada de los diferentes tipos de caja o gabinete según designaciones NOM, con el fin de proteger el equipo eléctrico, alojado en los mismos, contra las condiciones externas y con objeto de prevenir a las personas de contacto accidental con partes vivas, se muestran a continuación y serán seleccionados de acuerdo a las necesidades de instalación.

Tipo 1 Usos Generales.- Diseñado para uso en interiores, en áreas donde no existen condiciones especiales de servicio y para proteger el contacto accidental de personas con el equipo protegido.

Tipo 2 A prueba de goteo.- Diseñado para uso en interiores, proteger el equipo contra goteo de líquidos no corrosivos y contra la salpicadura de lodos.

Tipo 3 Para servicio intemperie.- Diseñado para uso en exteriores y proteger el equipo que encierran contra tolvaneras y aire húmedo. Gabinete metálico resistente a la corrosión.

Tipo 3R ó 3LL

A prueba de lluvia.- Diseñado para uso en exteriores y proteger el equipo que encierran contra la lluvia. Gabinete metálico resistente a la corrosión.

Tipo 4 Hermético al agua y al polvo.- Diseñado para equipo expuesto directamente a severas condensaciones externas, salpicaduras de agua o chorro de manguera.

Tipo 4x Hermético al agua, polvo y resistente a la corrosión.- Debe cumplir con los mismos requisitos que se indican para gabinetes tipo 4, y además

89

ser resistentes a la corrosión (con acabado especial para resistir corrosión o gabinete hecho de poliester).

Tipo 5 Hermético al polvo.- Este tipo de gabinetes será remplazado por el tipo 12 (según NEMA).

Tipo 6 Sumergible, hermético al agua y al polvo.- Diseñado para uso en interiores y exteriores, en caso de inmersión ocasional, caída de chorros directos de agua, polvos o pelusas.

Tipo 7 A prueba de gases explosivos (equipo encerrado en aire).- Diseñado para uso en atmósferas peligrosas clase 1 grupos B, C o D, y soportar una explosión interna sin causar peligros externos.

Tipo 8 A prueba de gases explosivos (equipo encerrado en aceite).- Diseñado por el mismo fin que el Tipo 7 pero su equipo trabaja sumergido en aciete y evitar cualquier posibilidad de chispas que se produzcan, arriba del aceite.

Tipo 9 A prueba de polvos explosivos (equipo encerrado en aire).- Diseñado para uso en atmósferas peligrosas clase II grupos E, F y G, y evitar el ingreso de cantidades peligrosas de polvos explosivos.

Tipo 10 Para uso en minas.- Diseñado para uso en minas, cumpliendo los requisitos para atmósferas que contienen mezclas de metano y aire. Gabinete a prueba de explosión con juntas y seguros adecuados.

Tipo 11 Resistente a la corrosión (Equipo encerrado en aceite).- Diseñado para proteger el equipo contra condensaciones externas de líquidos corrosivos, humos y gases corrosivos. Gabinete resistente a la corrosión.

Tipo 12 Uso industrial, hermético al polvo y al goteo.- Diseñado para uso en interiores y proteger el equipo contra fibras, insectos, pelusas, polvos, salpicaduras ligeras, goteos y condensaciones externas de líquidos.

Tipo 13 Uso industrial, hermético al aceite y al polvo.- Diseñado para uso en interiores y proteger el equipo contra aceites, líquidos refrigerantes y polvos. Principalmente en gabinetes de dispositivos piloto para máquinas herramienta.

Algunas equivalencias entre gabinetes se muestran en la tabla 5.8.10. 5.6 RECOMENDACIONES La selección de tableros para mediana y baja tensión debe hacerse cuidadosamente, pues se trata de adquirir equipo cuya mano de obra en la instalación de los mismos sea lo más económica, rápida y fácil, no obstante ello, estos tableros requieren de precauciones especiales, para su manejo, instalación y operación, para lo cual recomendamos escoger una marca acreditada, que entregue esta clase de tableros con una construcción provista de seguridad sobre todo rigidez en la estructura metálica, ya que vienen provistos con dispositivos de protección, medición, control y transformadores para medición y control.

90

Una recomendación más es la de capacitar al personal que va a operar estos tableros, todas las partes de su funcionamiento y forma de operar para evitar posibles fallas en el sistema. Si los tableros incluyen relevadores, quite los blocks de las armaduras, verifique los circuitos de control (excepto los circuitos de los transformadores de potencial y de corriente) para asegurarse que no hay conexiones a tierra o cables deteriorados que puedan provocar un corto circuito antes de energizarlos. No trabaje con partes vivas. Si fuera necesario trabajar en algún circuito en el compartimiento posterior de cables, deberá energizarse el bus principal y verificar que no haya retroalimentación de otras fuentes. Si esto no fuera posible, únicamente deberán quitarse las cubiertas posteriores del compartimiento en cuestión, cubriendo las partes vivas con material aislante adecuado. Si un tablero para servicio intemperie tiene que alimentarse antes de su instalación, deberán tomarse providencias para energizar las resistencias y controlar la condensación de humedad dentro del tablero. Si un tablero para servicio interior se tiene que almacenar antes de instalarlo, deberá protegerse contra la humedad, bajo techo y mantenerse libre de condensación. En el manejo de los tableros (aunque estén empacados) se deberá tener cuidado, ya que contienen relevadores e instrumentos delicados que podrían dañarse con un manejo rudo. Los tableros deberán conectarse al sistema de tierras antes de ser energizados. 5.7 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES

Tensión nominal Ver punto 5.3.2 y tabla 5.8.1 y 5.8.2 Número de fases Ver punto 5.2 Nivel de aislamiento Ver punto 5.3.3 y tabla 5.8.1 y 5.8.2 Frecuencia nominal Ver punto 5.3.4 Corriente nominal Ver punto 5.3.5 Corriente soportable de corto tiempo Ver punto 5.3.6 Corriente soportable de cresta Ver punto 5.3.7 Elevación de temperatura Ver punto 5.3.8 y tabla 5.8.9 Temperatura mínima Ver punto 5.5.2 Grados de protección Ver punto 5.3.9 y tablas 5.8.3 y 5.8.10 Altitud Ver punto 5.5.3 y tabla 5.8.11 Cantidad de tableros Número de secciones Ver punto 5.5.6 Tipo de servicio Ver punto 5.4 Accesorios Ver punto 5.4

91

5.8 TABLAS

Tabla 5.8.1 tensiones nominales y niveles de aislamiento práctica americana (REFERENCIA : NMX-J-68-1981)

TENSIÓN SOPORTABLE DE

IMPULSO (1.2/50 μS)

(VALOR DE CRESTA) kV

TENSIÓN SOPORTABLE SOSTENIDA

(1 MIN, 60HZ) (VALOR EFICAZ)

kV

TENSION NOMINAL

(VALOR EFICAZ)

kV

( 1 )

TENSION NOMINAL

(VALOR EFICAZ)

kV

( 2 )

A tierra y entre fases ( 3 )

A través de la distancia de

seccionamiento ( 4 )




4.16 4.76 60 66 19 21 7.2 8.25 75 83 26 29

13.8 15.0 95 105 36 40 23. 25.8 125 138 60 66

34.5 38.0 150 165 80 88 Nota: Estos valores se aplican a condiciones atmosféricas normales como: Temperatura ambiente 250C Presión atmosférica 760 mmHg Humedad de 1g/m3

Tabla 5.8.2 Tensiones nominales y niveles de aislamiento práctica europea (REFERENCIA : NMX-J-68-1981)

TENSIÓN SOPORTABLE DE

IMPULSO (1.2/50 μS)

(VALOR DE CRESTA)

kV

TENSIÓN SOPORTABLE SOSTENIDA

(1MIN, 60 HZ)

(VALOR EFICAZ) kV

TENSIÓN NOMINAL

(VALOR EFICAZ)

kV

(1 )

TENSIÓN MÁXIMA

(VALOR EFICAZ)

kV

( 2 ) A tierra y

entre fases ( 3 )






3.3 3.6 40 46 10 12 6.6 7.2 60 70 20 23 15 1705 95 110 338 45 22 24 125 145 50 60 33 36 170 195 70 80

Nota: Estos valores se aplican a condiciones atmosféricas normales como: Temperatura ambiente 250C Presión atmosférica 760 mmHg Humedad de 1g/m3

92

Tabla 5.8.3 Grados de protección (REFERENCIA: NMX-J-68-1981)

GRADO DE PROTECCIÓN

SEGUNDO NÚMERO

CARACTERÍSTICO

Breve descripción Definición

0

No protegido

Sin protección especial

1

Protegido contra el goteo de agua

El goteo de agua en forma vertical, no debe tener efecto perjudicial

3

Protegido contra la lluvia

Agua que cae en forma rociada en un ángulo de hasta 600 respecto

de la vertical, no debe tener efecto perjudicial

4

Protegido contra salpicaduras

Agua dirigida contra la anvolvente en forma de salpicaduras, en todas direcciones, no debe tener efecto

perjudicial Nota: La designación que se da en la columna 2 de esta tabla no debe usarse para especificar la forma de protección. Esta deberá usarse únicamente como una breve descripción.

Tabla 5.8.4 Tensiones nominales para control de tableros en baja y media tensión

(REFERENCIA: ANSI C37.21/1985)

TENSIÓN NOMINAL DE CONTROL

CORRIENTE NOMINAL

DEL SECUNDARIO

DEL T.C.

FRECUENCIA Hz

CARGAS TÍPICAS

C.A. (RMS) VOLTS

C.D. VOLTS

Amp. (RMS)

24 24 1 25 0-100 mV 48 48 5 50 4-20 mV

120* 110 60* 127 125* 220 220 230 250* 480

* Valores más empleados en México

93

Tabla 5.8.5 Características de selección de cortacircuitos en airee para tableros en media tensión (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

IDENTIFICACIÓN VALORES NOMINALES CAPACIDADES REQUERIDAS

Clase

Clase

Tensión

Nivel de

aislamiento

Corriente

Tiempo

Retardo

Tensión

Valores de corriente

tensión

nominal

nominal

MVA

3 fases

Tensión

máxima

nominal

Factor

de

rango

tensión

máxima

Tensiones

nominales

de prueba

Corriente

nominal

continua

Corriente

nominal

de corta

circuito (a

máx. kV

interrupción

nominal

nominal

permisible en el

disparo

maxima

nominal

dividida

entre K

Capaci-dad interrup-tiva

Capaci-dad de conduc-ción tiempo corto 3 seg.

capacidad

momentánea

cerrar trabar

Pesos

Baja frecuen

cia

Impulso

nomina les)

Corriente de cortacircuito nominal x k

1.6k veces la corriente nominal del cortacircuito

Kg

clase kV

clase MVA

E kV rmc

k

kV rmc

kV rmc

Amp. kA rmc

Ciclos

en Seg.

E/K kV rmc

kA rmc kA rmc

kA rmc

1200 4.16 250 4.76 1.24 19 60 2000 29 5 2 3.85 36 36 58 335

1200 78 343 2000 1200 350 1.19 2000 41 40 49 49 78 513 3000 625 1200

7.2 500 8.25 1.25 36 95 2000 33 5 2 6.6 41 41 66 658 1200 37 636 2000 18 23 23 58 640 1200 500 2000 1200

13.8 750 2000 28 5 2 115 36 36 58 720 1200 77 728 2000

94

Tabla 5.8.6 Componentes normales y opcionales de una subestación compacta (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

E S P E C I F I C A C I O N E S

COMPONENTE N O R M A L O P C I O N A L GABINETE

ACOMETIDA

Para conexión y medición de la Cía.

de Luz

Apartarrayos

Mufa

Pasamuros

A

VERIFICACION DE

MEDIDORES

Para poder comprobar, a solicitud del

cliente, los medidores sin interrumpir

el servicio

Aparatos de

medición

Transformadores de

potencial y corriente

B

INTERRUPTOR

Interruptor en aire, apertura con

carga, fusibles de A.C.I., operación

manual

Interruptor en aceite

Operación eléctrica

Operación

por elevadores

C

DESCONECTADORES

Desconectador en aire, tripolar,

operación manual

Cuchillas

desconectadoras,

operación por

pértiga

D

FUSIBLES

Fusibles de alta capacidad

interruptiva (ACI) operación manual

por pértiga

Fusibles de baja

capacidad

interruptiva

Operación por

pértiga

E

ESPACIO

Gabinete que se deja libre para futura

ampliación o permitir una adecuada

separación de los transformadores

Especificar el equipo

F

TRANSFORMADOR

trifásico, enfriamiento por aceite, 4

derivaciones de 2.5%, elevación de

temperatura 55/40°C a 1000 msnm

ductos laterales

Tipo seco

Contactos para

señales

Ventilación forzada

T

95

Tabla 5.8.7 Características eléctricas principales de las subestaciones compactas


TRANSFORMADOR INTERRUPTOR BARRAS kVA kV AMP. MVA AMP. FUS. AMP.

2.4 13 100 25 4.16 11 100 25

50 6 5 150 10 400 13.2 2 150 6 23 1 1000 4 2.4 18 100 40 4.16 10 100 25

75 6 7 150 16 400 13.2 3 150 6 23 2 1000 4 2.4 27 100 63 4.16 16 100 40

112.5 6 11 150 25 400 13.2 5 150 10 23 3 1000 6 2.4 36 100 63 4.16 21 100 40

TRANSFORMADOR INTERRUPTOR BARRAS

150 6 15 150 40 400 13.2 7 150 16 23 4 1000 10

kVA kV AMP. MVA AMP. FUS AMP. 2.4 54 100 100 4.16 31 100 63

225 6 22 150 40 400 13.2 10 150 25 23 6 1000 16 2.4 72 100 100 4.16 42 100 100

300 6 29 150 63 600 13.2 13 150 25 23 8 1000 16 6 48 150 100

500 13.2 22 150 40 600 23 13 1000 25 6 72 150 100

750 13.2 33 150 63 600 23 19 1000 40 6 96 150 160

1000 13.2 44 150 100 600 23 25 1000 63

96

Tabla 5.8.8 Dimensiones de los gabinetes y transformadores (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

DIMENSIONES EN CENTÍMETROS

GABINETE 2.4 A 15 kV. HASTA 25 kV. A ALTO B ANCHO C FONDO A ALTO B ANCHO C FONDO

A 240 110 120 260 260 200 B 240 150 120 260 150 200 C 240 130 120 260 150 200 D 240 110 120 260 150 200 E 240 110 120 260 150 200 F 240 Variable 120 260 150 200

TRANSFORMADORES 45-112.5kVA

MÁXIMO 150 145 145 200 150 170

150-500kVA MÁXIMO

170 160 225 200 170 240

750-1000kVA MÁXIMO

180 180 260 200 190 260

Tabla 5.8.9 Límites de elevación de temperatura


PARTES DEL TEEF ELEVACIÓN DE TEMPERATURA (°C) Aparatos instalados en el TEEF De acuerdo a las especificaciones aplicadas a

estos aparatos. Terminales para conductores aislados externos 70 (1)

Barras colectoras y conductores de Cu y AI

Limitadas por. Esfuerzos mecánicos del material conductor.

Efectos posibles sobre equipo adyacente. Límite de temperatura permisible del material

aislante en contacto con el conductor. El efecto de la temperatura de los conductores

sobre los aparatos conectados a ellos. Medios de operación manual:

de metal de material aislante

15 (2)

25 Gabinetes y tapas de acceso externo:

Superficies metálicas Superficies aislantes

30 (3)

40 NOTAS: 1) El límite de 70°C de elevación de temperatura es un valor basado en la prueba convencional del inciso 8.2.1. Un TEEF que es usado o probado bajo sus propias condiciones de servicio puede tener conexiones en las cuales el tipo, la naturaleza y disposición de ellas no sean iguales a las que han sido adoptadas para la prueba y resultar probablemente un aumento de temperatura diferente en las terminales el cual puede aceptarse asi. 2) Los medios de operación manual dentro de un TEEF que sean accesibles después de haber abierto éste, por ejemplo: manijas operadas esporádicamente pueden tener elevaciones de temperatura mayores.

97

3) A menos que se especifique en otra forma, en los casos de tapas y gabinetes accesibles pero que no necesariamente se tocan durante las operaciones normales, es permitido un aumento de 10°C sobre el límite de elevación de temperatura.

Tabla 5.8.10 Equivalencias entre gabinetes (REFERENCIA: NMX-J-135-1977)

CLASIFICACIÓN

I E C TIPO EQUIVALENTE

AUNQUE NO IDÉNTICO OBSERVACIONES

IPOO Equipo descubierto IP 10 Equipo enrejado IP 11 Equipo enrejado con techo IP 12 Tipo 2 A prueba de goteo IP 20 Tipo 1 Usos generales IP 21 Tipo 1 Usos generales IP 22 Tipo 2 A prueba de goteo IP 23 Tipo 3LL A prueba de lluvia IP 30 Tipo 1 Usos generales IP 31 Tipo 1 Usos generales IP 32 Tipo 2 A prueba de goteo IP 33 Tipo 3LL A prueba de lluvia IP 34 Tipo 12 Uso industrial IP 40 Tipo 1 Usos generales no ventilados IP 41 Tipo 1 Usos generales no ventilados IP 42 Tipo 2 A prueba de goteo no ventilados IP 43 Tipo 3LL A prueba de lluvia no ventilados IP 44 Tipo 12 Usos industriales no ventilados IP 50 Tipo 12 Uso industrial IP 54 Tipo 12 Uso industrial IP 55 Tipo 4 A prueba de agua y polvo IP 60 Tipo 5 ó12 Hermético al polvo o uso industrial IP 65 Tipo 4 A prueba de agua y polvo IP66 Tipo 4x A prueba de agua y polvo y IP 66 Tipo 4X resistencia a la corrosión IP 67 Tipo 6 A prueba de inmersión IP 68 De inmersión indefinida

Tabla 5.8.11 Factores de corrección por altitud


TIPOS DE

TABLEROS

ALTITUD M.S.N.M.

FACTORES DE CORRECCIÓN

Tension Corriente Tableros de baja tensión

2000 (o menos) 2600 3900

1.00 0.95 0.80

1.00 0.99 0.96

Tableros de media tensión

1000 1500 3000

1.00 0.95 0.80

1.00 0.99 0.96

NOTAS: 1) Los factores de corrección se multiplican por los valores de prueba.

98

2) Los valores intermedios pueden ser obtenidos por interpolación. 3) Para dispositivos usados en tableros eléctricos, deben aplicarse los factores de corrección dados en las normas específicas de cada dispositivo. 4) Para altitudes entre 1500 y 3000 m los factores de corrección pueden determinarse por interpolación lineal.

Tabla 5.8.12 Datos de aplicación de interruptores electromagnéticos


VOLTAJE

C.A.

RANGO DE

CORRIENTES DE DISPARO

CAPACIDAD

INTERRUPTIVA SIMÉTRICA AMPERES

CORRIENTE MÁXIMA

DE CORTO CIRCUITO

EN LA QUE EL CORTACIRCUITO

PUEDE SER APLICADO CUANDO

SE SUMINISTRE CON TIEMPO

DIFERIDO CORTO

481

a 600

50-800 50-1600

1000-2000 1200-3200 1200-3200

22,000 42,000 42,000 50,000 65,000

22,000 42,000 42,000 50,000 65,000

481

a 480

50-800 50-1600

1000-2000 1200-3200 1200-3200

30,000 50,000 50,000 50,000 65,000

30,000 50,000 50,000 50,000 65,000

240

ó menos

50-800 50-1600

1000-2000 1200-3200 1200-3200

42,000 65,000 65,000 85,000

30,000 50,000 50,000 50,000 85,000

Tabla 5.8.13 Corrientes y capacidades máximas para arrancadores utilizados en

ccm´s según designación NEMA (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

TAMAÑO

AMPERES

C.P. MÁX. MOTORES TRIFÁSICOS

NEMA 8 HORAS 220 v 440 v 00 1 ½ 2 0 15 3 5 1 25 7 ½ 10 2 50 15 25 3 100 30 50 4 150 50 100 5 300 100 200

NOTA: Aplica principalmente para motores de una sola velocidad tipo jaula de ardilla y arranque a tensión completa.

99

Tabla 5.8.14 Tamaños combinados de interruptores y arrancadores para motores trifásicos, empleados en ccm


CAP. MÁX CORR.NOR. INTERRUPTOR ARRANCADOR CONDUCTOR C.P. V AMPS AMP. TAMAÑO TW (AWG o MCM) 1/4 220 1 15 00 14 1/2 220 2 15 00 14 3/4 220 2.8 15 00 14 1 220

440 3.5 1.8

15 15

00 00

14 14

1 1/2 220 440

5 2.5

15 15

00 00

14 14

2 220 440

6.5 3.3

20 15

00 00

14 14

3 220 440

9 4.5

30 15

0 0

14 14

5 220 440

15 7.5

30 20

1 0

12 14

7 1/2 220 440

22 11

50 20

1 1

10 14

10 220 440

27 14

50 30

2 1

10 12

15 220 440

40 20

70 30

2 2

8 10

20 220 440

52 26

100 50

3 2

6 8

25 220 440

64 32

100 50

3 2

4 8

30 220 440

78 39

125 70

3 3

2 8

40 220 440

104 52

200 100

4 3

0 6

50 220 440

125 63

200 100

4 3

0 4

60 220 440

150 75

225 125

5 4

3/0 2

75 220 440

185 93

300 150

5 4

4/0 2

100 220 440

246 123

400 200

5 4

300 0

125 220 440

310 155

400 225

5

3/0

150 220 440

360 180

600 300

5

4/0

200 220 440

480 240

800 400

5

300

100

Tabla 5.8.15 Espacios mínimos necesarios ocupados por diferentes combinaciones de equipo en ccm


EQUIPO

TAMAÑO

CAPACIDADES

MÁXIMAS

ESPACIOS FRONTALES

220 V 440 V ANCHO ESPACIO ALTO

100A 100A 55 cm. 1 32 cm.

225A 225A 55 cm. 2 64 cm.

INTERRUPTOR x 400A 400A 55 cm. 2 64 cm.

T.M. x 600A 600A 55 cm. 2 64 cm.

x 800A 800A 55 cm. 2 64 cm.

x 1000A 1000A 55 cm. 2 64 cm.

COMBINACIÓN 1 7 1/2HP 10HP 55 cm. 1 32 cm.

TENSIÓN 2 15HP 25HP 55 cm. 1 32 cm.

COMPLETA 3 30HP 50HP 55 cm. 2 64 cm.

ARRANCADOR 4 50HP 100HP 55 cm. 3 96 cm.

INTERRUPTOR 5x 100HP 200HP 55 cm. 4 128 cm.

COMBINACIÓN 1 7 1/2HP 10HP 55 cm. 2 64 cm.

REVERSIBLE 2 15HP 25HP 55 cm. 3 96 cm.

ARRANCADOR 3 30HP 50HP 55 cm. 4 128 cm.

INTERRUPTOR 4 50HP 100HP 55 cm. 4 128 cm.

5x 100HP 200HP 55 cm. 6 192 cm.

COMBINACIÓN 2X 15HP 25HP 55 cm. 4 128 cm.

TENSIÓN 3X 30HP 50HP 55 cm. 5 160 cm.

REDUCIDA 4X 50HP 100HP 55 cm. 5 192 cm.

ARRANCADOR 5x 100HP 200HP 55 cm. 6 192 cm.

INTERRUPTOR NOTA: X Estas unidades son de montaje fijo

101

Tabla 5.8.16 Características de interruptores para tableros de alumbrado y distribución (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

NO. DE RANCO DE CAPACIDAD INTERRUPTIVA DE CORTO CIRCUITO AMP.-RCM SIMÉTRICOS. POLOS CAPACIDADES V.C.A. V.C.D.

120 120/240 240 277 480y/277 480 600 48 125 250 500 1 10-70 10k 10k 5k 2 10-125 10k 10k 5k 3 10-100 10k 10k 10k 5k 1 15-30 10k 2 15-60 10k 10k 2 100-225 10k 10k 3 100-225 10k 10k 10k 2 250-400 25k 25k 25k 3 250-400 25k 25k 25k 1 15-30 18k 14k 14k 14k 1 15-100 10k 10k 2 15-100 10k 10k 10k 3 15-100 10k 10k 10k 1 15-100 25k 25k 18k 18k 18k 10k 2 15-100 25k 25k 25k 18k 18k 10k 3 15-100 25k 25k 25k 18k 18k 10k 2 15-100 25k 25k 25k 18k 18k 14k 10k 3 15-100 25k 25k 25k 18k 18k 14k 10k 10k 1 15-30 65k 65k 65k 65k 65k 10k 1 35-100 65k 65k 25k 25k 25k 10k 10k

2,3 15-100 65k 65k 65k 25k 25k 18k 2,3 70-250 42k 42k 42k 25k 25k 22k 10k 10k 2,3 70-250 65k 65k 65k 35k 35k 25k 2,3 125-400 42k 42k 42k 30k 30k 22k 10k 10k 2,3 125-400 65k 65k 65k 35k 35k 35k 25k 2,3 300-1000 42k 42k 42k 30k 30k 22k 14k 14k 2,3 300-800 42k 42k 42k 30k 30k 22k 14k 14k 2,3 300-1000 65k 65k 65k 65k 65k 25k 2,3 300-800 65k 65k 65k 65k 65k 25k 14k 14k 2,3 600-1200 100k 100k 100k 50k 50k 25k 2,3 600-1200 125k 125k 125k 100k 100k 65k 2,3 600-2000 65k 65k 50k 50k 50k 42k

102

6. SELECCIÓN DE CONDUCTORES 6.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que se deben considerar para seleccionar adecuadamente los conductores con niveles de tensión de 600 V a 34.5 kV. 6.2 SELECCIÓN DE CONDUCTORES Para la selección adecuada de un conductor es necesario considerar los siguientes factores: 6.2.1 Materiales Los materiales más usados como conductores eléctricos son el cobre y el aluminio, aunque el primero es superior en características eléctricas y mecánicas (la conductividad del aluminio es aproximadamente el 60% de la del cobre y su resistencia a la tensión mecánica el 40%), las características de bajo peso del aluminio han dado lugar a un amplio uso de este metal en la fabricación de cables aislados y desnudos. En la tabla 6.9.1 se comparan en forma general las propiedades principales de los metales usados en la manufactura de los conductores. En el cobre usado en conductores eléctricos se distinguen tres temples o grados de suavidad del metal: suave o recocido, semiduro y duro; con propiedades algo diferentes, siendo el cobre suave el de mayor conductividad eléctrica y el cobre duro el de mayor resistencia a la tensión mecánica. El cobre suave tiene las aplicaciones más generales, ya que su uso se extiende a cualquier conductor aislado o no, en el cual sea de primordial importancia la alta conductividad eléctrica y la flexibilidad. La principal ventaja del aluminio sobre el cobre es su peso menor (densidad 2.70 g/cm3 contra 8.89 g/cm3 del cobre). En la tabla 6.9.2 se comparan algunas de las características más importantes en conductores fabricados con cobre y aluminio. 6.2.2 Flexibilidad El grado de flexibilidad de un conductor, depende del número de alambres del mismo, se designa mediante letras que representan la clase de cableado. No hay regla fija para decidir cuál grado de flexibilidad es el más adecuado para una determinada aplicación ya que, con frecuencia, 2 ó 3 clases de cableado pueden ser igualmente satisfactorias para cierto cable. En la tabla 6.9.3 se muestran las aplicaciones más comúnmente utilizadas para cada clase de cableado.

103

6.2.3 Forma Las formas de conductores de uso más general en cables aislados de media tensión son: Redonda Sectorial Un conductor redondo es un alambre o cable cuya sección transversal es sustancialmente circular. Se utiliza tanto en cables monoconductores como en cables multiconductores con cualquier tipo de aislamiento. Los conductores de calibres pequeños (8 AWG y menores) suelen ser alambres sólidos, mientras que los calibres mayores generalmente son cables. Cuando los alambres son de mayor diámetro, el torcido de los mismos se efectúa generalmente en capas concéntricas alrededor de un núcleo central de 1 o más alambres. El conductor resultante recibe el nombre de conductor concéntrico. Un conductor sectorial es un conductor formado por un cable cuya sección transversal es sustancialmente un sector de círculo. Se utilizan principalmente en cables de energía trifásicos, en calibres superiores a 1/0 AWG. En estos los conductores sectoriales implican una reducción en la cantidad de rellenos y el diámetro sobre la reunión de las tres almas, permitiendo reducciones sustanciales en el plomo y revestimientos de protección. Comparando los cables con conductores sectoriales, con los equivalentes de conductores redondos, encontramos que los primeros presentan las siguientes ventajas: Menor diámetro Menor peso Costo más bajo Pero tienen en cambio estas desventajas: Menor flexibilidad Mayor dificultad en la ejecución de las uniones 6.2.4 Dimensiones Escala AWG La escala más usada para alambres destinados a usos eléctricos es la “American Wire Gage” (AWG), misma que ha sido ya adoptada en México. Escala milimétrica IEC La escala de la “International Electrotechnical Commission” es la más usada en la actualidad, la escala consiste en proporcionar la medida directa de las áreas transversales de los calibres, en milímetros cuadrados.

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En la tabla 6.9.9 (ver pág. 35) se muestran los valores correspondientes de la escala AWG, su equivalente en mm2 y el calibre en la escala milimétrica IEC. 6.3 COMPARACIÓN DE AISLAMIENTOS 6.3.1 Materiales Dada la diversidad de tipos de aislamiento que hasta la fecha existen para cables de energía, el diseñador deberá tener presentes las características de cada uno de ellos, para su adecuada selección tanto en el aspecto técnico como en el económico. Tradicionalmente, el papel impregnado ha sido el aislamiento que por su confiabilidad y economía se empleaba en mayor escala, sin embargo, la aparición de nuevos aislamientos tipo seco aunado al mejoramiento de algunos ya existentes, obligan al ingeniero de proyectos a mantenerse actualizado respecto a las diferentes alternativas disponibles. La función del aislamiento es impedir el contacto del conductor con otros conductores, metales, tierra, humedad, etc., que provocarían la falla o aislamientos se pueden dividir en dos grupos principales: a) De papel impregnado, emplea un papel especial obtenido de pulpa de madera, con celulosa de fibra larga. El cable aislado con papel sin humedad se impregna con una sustancia para mejorar las características del aislante. Las sustancias más usuales son los compuestos que se listan a continuación, y la que se elija dependerá de la tensión y de la instalación del cable. Aceite viscoso Aceite viscoso con resinas refinadas Aceite viscoso con polímeros de hidrocarburos Aceite de baja viscosidad Parafinas microcristalinas del petróleo Sus propiedades, ventajas y desventajas en comparación con los aislamientos secos, aparecen en la tabla 6.9.4. b) Aislamientos de tipo seco.- A excepción del hule natural (ya en desuso), los aislamientos secos son compuestos cuya resina base se obtiene de la polimerización de determinados hidrocarburos. Según su respuesta al calor se clasifican en dos tipos: Termoplásticos.- Son aquellos que, al calentarse, su plasticidad permite conformarlos a voluntad, recuperando sus propiedades iniciales al enfriarse, pero manteniendo la forma que se les imprimió.

105

Termofijos.- A diferencia de los anteriores, después de un proceso inicial similar al anterior, los subsecuentes calentamientos no los reblandecen. A continuación se describen las características de algunos de los aislamientos de tipo seco. SINTENAX.- El PVC (Cloruro de polivinilo) para aislamiento de cables de alta tensión, ha adquirido una importancia especial, gracias a sus ventajas sobre los plásticos hasta ahora conocidos. La alta rigidez dieléctrica y su resistencia a la ionización (efecto corona) permiten su operación en cables de energía de hasta 23 kV. El hule etileno propileno (EP) y el polietileno de cadena cruzada (XLP) son los principales materiales empleados en la actualidad para cables de energía, con aislamiento extruido, en media tensión. 6.3.2 Características eléctricas A continuación se presentan las definiciones y conceptos relativos de las principales características que identifican a los aislamientos. La comprensión de estas definiciones permitirá hacer una selección más adecuada . En la tabla 6.9.4 se muestran los valores típicos de estas características para los diferentes aislamientos. Rigidez dieléctrica La rigidez dieléctrica de un material aislante es el valor de la intensidad del campo eléctrico al que hay que someterlo para que se produzca una perforación en el aislamiento. Normalmente, este valor es cercano al del gradiente de prueba y de 4 a 5 veces mayor que el gradiente de operación normal. Las unidades en que se expresa este valor por lo común es kV/mm. 6.3.3 Características mecánicas El esfuerzo inicial aplicado durante el desarrollo de compuestos aislantes fue dirigido a las características eléctricas. Los desarrollos recientes realizados con base en las causas prevalecientes de fallas en cables, han sido enfocados a hacer resaltar las características mecánicas de los aislamientos, considerándolas junto con las de la cubierta. A continuación se mencionan algunas de las más importantes: Resistencia a la humedad Los cables de energía frecuentemente entran en contacto con humedad y el cable absorbe agua a una velocidad que queda determinada por las temperaturas del medio ambiente, temperatura en el conductor, temperatura en el aislamiento y la permeabilidad del aislamiento y su cubierta.

106

Flexibilidad Por supuesto que las características de flexibilidad del aislamiento deben ser compatibles con los demás elementos del cable. Por lo tanto, los conceptos que se mencionan a continuación son aplicables al cable en general. La flexibilidad de un cable es una de las características más difíciles de cuantificar, de hecho, es uno de los conceptos comúnmente usados para describir la construcción de un cable; no existe a la fecha ningún método de prueba para medir el grado o magnitud de la flexibilidad. Sin embargo, la mejor base para evaluar la flexibilidad es a través de las ventajas a que da lugar en los cables de energía, la cual en última instancia, es una manera de apreciarla. A continuación se enuncian las ventajas de la flexibilidad: a) Mayor facilidad para sacar o meter el cable en el carrete, lo que minimiza la probabilidad de daño al momento de instalar. b) Mayor facilidad para colocar en posición en la instalación, especialmente en lugares estrechos. c) La construcción del cable que permite dobleces y cambio de dirección en general, sin menoscabo de la integridad del mismo, conduce evidentemente a una instalación confiable. d) El manejo sencillo de un material contribuye a que los instaladores trabajen con mas rápidez y menos esfuerzo, evitando que pongan en práctica métodos que resultarían perjudiciales, como calentar el conductor para permitir dobleces, etc. 6.3.4 Nivel de aislamiento Para la selección del aislamiento se combinan las máximas temperaturas de operación, con las cualidades ambientales y/o de propagación a la flama, existen tres clases de aislamientos para usarse en cables de energía, las cuales son: CLASE 1 NIVEL 100%.- Quedarán incluidos en esta clasificación los conductores que se usen en sistemas protegidos con relevadores que liberen fallas a tierra lo más rápido posible, en un tiempo no mayor a un minuto. Este nivel de aislamiento es aplicable a la mayoría de los sistemas con neutro a tierra y puede también aplicarse a otros sistemas donde la razón entre la reactancia de secuencia cero y de secuencia positiva (Xo/X1) no esté en el intervalo de -1 a -40 y que cumplan la condición de liberación de falla, ya que en los sistemas incluidos en el intervalo descrito pueden encontrarse valores de tensión excesivamente altos en condiciones de fallas a tierra. CLASE 2 NIVEL 133%.- Anteriormente, en esta categoría se agrupaban los sistemas con neutro aislado. En la actualidad, se incluyen los conductores destinados a

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instalaciones en donde las condiciones de tiempo de operación de las protecciones no cumplen con los requisitos del nivel 100%, pero que, en cualquier caso, se libera la falla en no más de una hora. El nivel 133% se podrá usar también en aquellas instalaciones donde se desee un espesor del aislamiento mayor al 100%. Por ejemplo, conductores submarinos, en que los esfuerzos mecánicos propios de la instalación y las características de operación requieren un nivel de aislamiento mayor. CLASE 3 NIVEL 173%. Los conductores de esta categoría deberán aplicarse en sistemas en los que el tiempo para liberar una falla no está definido. También se recomienda el uso de conductores de este nivel en sistemas con problemas de resonancia, en los que se pueden presentar sobretensiones de gran magnitud. 6.4 FUNCIÓN DE PANTALLAS ELÉCTRICAS Una definición ampliamente aceptada de la función de las pantallas es la siguiente: Se aplican las pantallas eléctricas en los cables de energía con el fin de confinar en forma adecuada el campo eléctrico a la masa de aislamiento de los conductores. Las pantallas usadas en el diseño de cables de energía tienen diferentes funciones. Dependiendo del material y su localización, pueden ser: 6.4.1 Pantalla sobre el conductor En circuitos con tensiones de 2 kV y mayores se utiliza la pantalla semiconductora a base de cintas o pantallas extruidas. Los materiales usados en la fabricación de estas pantallas dependen del diseño mismo del conductor: en conductores con aislamiento de papel impregnado se usan cintas de papel CB (Carbón Black), en conductores con aislamiento sólido se utilizan pantallas extruidas de material compatible con el utilizado en el aislamiento. 6.4.2 Pantalla sobre el aislamiento En circuitos de 5 kV y mayores se utilizan pantallas sobre el aislamiento que a su vez se subdividen en: Pantalla semiconductora Pantalla metálica En conjunto las funciones de las pantallas sobre el aislamiento son: a) Crear una distribución radial y simétrica de los esfuerzos eléctricos en la dirección de máxima resistencia del aislamiento b) Proveer al conductor de una capacitancia a tierra uniforme

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Los conductores que se instalan en ductos o directamente enterrados por lo general pasarán por secciones de terreno húmedo y seco ó ductos de características eléctricas variables. Esto da como resultado una capacitancia a tierra variable y como consecuencia, una impedancia no uniforme. c) Reducir el peligro de descargas eléctricas al personal o en presencia de productos inflamables Como se explicó con anterioridad, cuando la superficie externa del aislamiento de los cables (excenta de las pantallas) no está en contacto con tierra a lo largo de la trayectoria de instalación, se puede presentar una diferencia de potencial considerable entre la cubierta del conductor y tierra. Pantalla semiconductora sobre el aislamiento La pantalla semiconductora sobre el aislamiento se encuentra en contacto inmediato con éste. Está formada por un material semiconductor compatible con el material del aislamiento. En adición a las funciones descritas, esta pantalla asegura el contacto íntimo con el aislamiento, aun en el caso de movimiento de la pantalla metálica. 6.4.3 Selección de la pantalla metálica A continuación se presentan las características de selección de acuerdo a cada propósito de diseño: a) Pantalla para propósitos electrostáticos.- Estas pantallas deben ser en general de metales no magnéticos y pueden estar constituidas de cintas, alambres o bien pueden ser cubiertas metálicas (plomo o aluminio). Las pantallas constituidas a base de cintas o de alambres son generalmente de cobre normal, aunque pueden utilizarse en ambos casos cobre estañado, éstas últimas se utilizan donde se pudiera preveer problemas graves de corrosión derivados de las condiciones de instalación. En la tabla 6.9.5 (ver pág. 21) se presenta el cuadro comparativo de pantallas a base de cintas con las de alambres. b) Pantallas para conducir corriente de falla.- En la pantalla metálica se puede requerir una conductancia adicional para conducir corriente de falla, dependiendo de la instalación y características eléctricas del sistema, particularmente con relación al funcionamiento de dispositivos de protección por sobrecorriente, como la corriente prevista de falla de fase a tierra y la manera en que el sistema puede ser aterrizado. c) Pantalla neutro.- Con las dimensiones apropiadas se puede diseñar la pantalla, para que en adición a las funciones descritas opere como neutro; por ejemplo, sistemas residenciales subterráneos.

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6.4.4 Aplicaciones de las pantallas Como se mencionó anteriormente, es necesaria la pantalla sobre el conductor en cables de 2 kV y mayores, para tensiones menores no se requiere; en conductores de 5 kV y mayores se requiere de pantallas sobre el aislamiento. Esto significa que dentro de los límites de 2 kV inclusive, se puede no utilizar pantallas sobre aislamiento, de aquí que interviene una gran dosis de sentido común para considerar la aplicación de las pantallas. Es innegable que un conductor con pantalla instalado en forma apropiada, ofrece las condiciones óptimas de seguridad y confiabilidad. Sin embargo, un conductor con pantalla es más costoso y más difícil de procurar e instalar. A continuación se resumen las recomendaciones de aplicaciones en que se deberá usar o prescindir de las pantallas de acuerdo con las normas ICEA. Las pantallas sobre aislamiento deben ser consideradas para cables de energía arriba de 5000 volts, cuando existan cualquiera de las siguientes condiciones: Conexiones a líneas aéreas Transición a ambiente de diferente conductancia Transición de terrenos húmedo o seco Terrenos secos, de tipo desértico Conduits anegados o húmedos En donde se utilizan compuestos para facilitar el jalado de los conductores Donde fácilmente se depositen en la superficie del conductor materialesconductores tales como hollín, sales, etc. Donde pudieran presentarse problemas de radiointerferencia Donde se involucre la seguridad del personal 6.4.5 Propiedades de las cubierta Cubiertas metálicas.- El material normalmente usado en este tipo de cubiertas es el plomo y sus aleaciones. Otro metal que también se emplea, aunque en menor escala, es el aluminio. Cubiertas termoplásticas.- Las más usuales son fabricadas con PVC (cloruro de polivinilo) y polietileno de alta y baja densidad. Cubiertas elastoméricas.- Básicamente se utiliza el neopreno (policloropreno) y el hypalon (polietileno clorosulfonado). Cubiertas textiles.- En este tipo de cubiertas se emplea una combinación de yute impregnado en asfalto y recubierto con un baño final de cal y talco, con el fin de evitar que se adhieran las capas adyacentes.

110

Para definir los límites de aplicación de los materiales de las cubiertas o sus combinaciones, es necesario conocer las exigencias a que pueden quedar expuestos los cables de energía por el medio ambiente de la instalación, exigencias que se pueden dividir de la siguiente manera: a) Térmicas.- La temperatura de operación en la cubierta es de vital importancia, al igual que en el de los aislamientos. Sobrepasar los límites establecidos conduce a una degradación prematura de las cubiertas. b) Químicas.- Los componentes de los conductores son compuestos o mezclas químicas y, como tales, su resistencia ante ciertos elementos del medio donde se instalen son previsibles y muy importantes de considerar para la selección del material de la cubierta. c) Mecánicos.- Los daños mecánicos a que pueden estar sujetos los conductores de energía se deben, para cables en instalaciones fijas, a los derivados del manejo en el transporte e instalación como son: radios de curvatura pequeños, tensión excesiva, compresión, etc., que reducen la vida del cable completo. En la tabla 6.9.6 se presentan las propiedades de las cubiertas en cuanto a los requisitos antes mencionados. 6.5 APLICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE CONDUCTORES 6.5.1 Conductores para 600 V En la tabla 6.9.7 se muestran las características y aplicaciones de los conductores para baja tensión. 6.5.2 Conductores mayores de 600 V En la tabla 6.9.8 se muestran las características y aplicaciones de los conductores de media tensión de 5 hasta 35 kV. 6.6 CONDUCTORES DESNUDOS 6.6.1 Conductores para sistema de tierras Se utiliza exclusivamente cobre suave en la red de tierras, así como en los conductores de conexión de ésta con equipos a partes aterrizadas. El rango de utilización es muy amplio y depende de la corriente de corto circuito a tierra de que se disponga. Cuando se requiera de un conductor para aterrizar equipos o partes en movimiento, tales como grúas viajeras o puertas de subestaciones, que necesiten mucha flexibilidad se usa la trenza plana de cobre estañado. Tiene aplicación también en la conexión del polo negativo en bancos de baterías y plantas de emergencia.

111

La selección de conductores en las aplicaciones particulares para un proyecto, consultar la información comercial de fabricantes, en el cual se encuentra una descripción del conductor, aislamiento y sus características físicas y parámetros eléctricos, formas constructivas, aplicaciones, etc. 6.7 CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN Para la capacidad de conducción de conductores aislados de 0 a 2000 V, ya sea en canalización o en aire libre se indican en las tablas 6.9.9, 6.9.10, 6.9.11 y 6.9.12. Para la capacidad de conducción de conductores aislados de 2001 V a 35000 V, en aire se indican en las tablas 6.9.13, 6.9.14, 6.9.15, 6.9.16, 6.9.17,6.9.18, 6.9.19, 6.9.20, 6.9.21 y 6.9.22. Para la capacidad de conducción de conductores aislados de 2001 V a 35000 V, en ductos eléctricos subterráneos se indican en las tablas 6.9.23, 6.9.24, 6.9.25 y 6.9.26. Para la capacidad de conducción de conductores aislados de 2001 V a 35000 V, directamente enterrados se indican en las tablas 6.9.27, 6.9.28, 6.9.29 y 6.9.30. 6.8 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES

Material del conductor Ver punto 6.2.1 Tensión máxima de operación Ver puntos 6.5.1. y 6.5.2 Material de aislamiento Ver tabla 6.9.7 Tensión máxima de diseño Ver puntos 6.5.1. y 6.5.2 Temperatura de aislamiento Ver tabla 6.9.10 Calibre del conductor Ver tabla 6.9.9 Color de aislamiento Capacidad de conducción Ver punto 6.9.7

6.9 TABLAS

Tabla 6.9.1 Propiedades comparativas de materiales empleados en la fabricación de cables eléctricos


METAL DENSIDAD TEMPERATURA DE FUSIÓN

COEFICIENTE LINEAL DEDILATACIÓN

RESISTIVIDAD

ELÉCTRICA A 20ºC

COEFICIENTE TÉRMICO DE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

20ºC

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRI

CA

g/cm3 ºC X 10-6/ºC ohm-mm2/km 1/ºC % IACS* Aluminio

Cobre recocido Cobre duro

2.70 8.89 8.89

650 1083 1083

2.9 6.5 6.5

28.264 17.7

17.241

0.00403 0.00383 0.00393

61.0 100.0 96.2

* IACS = International Annealed Copper Standard.

112

Tabla 6.9.2 Comparación de características entre cobre y aluminio (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

CARACTERÍSTICAS COBRE ALUMINIO Para igual volumen: relación de pesos

1.0

0.3

Para igual conductancia: relación de área

relación de diámetro relación de peso

1.0 1.0 1.0

1.64 1.27 0.49

Para igual ampacidad: relación de área

relación de diámetro relación de pesos

1.0 1.0 1.0

1.39 1.18 0.42

Para igual diámetros: relación de resistencias

relación de corriente

1.0 1.0

1.61 0.78

Tabla 6.9.3 Clases de cableado


CLASE APLICACIÓN CLASE APLICACIÓN

AA Conductor desnudo, generalmente para

líneas aéreas. J

Cordones para artefactos eléctricos.

A

Conductor aislado, tipo intemperie ó conductores desnudos que requieran mayor flexibilidad que la clase AA.

K

Conductores portátiles y para soldadoras.

B*

Conductor aislado con materiales diversos tales como papel, hule,

plástico, etc. ó conductores del tipo anterior que requerirán mayor

flexibilidad.

L

Cordones portátiles y para artefactos pequeños que

requieran mayor flexibilidad que los de las clases anteriores.

C y D

Conductores aislados que requieran mayor flexibilidad que la clase B.

M

Conductores para soldadoras (portaelectrodos), para

calentadores para lámparas.

G

Conductores portátiles con aislamiento de hule, para alimentación de aparatos

ó similares.

O

Cordones pequeños para calentadores que requieran mayor

flexibilidad que los anteriores.

H

Conductores y cordones con aislamiento de hule que requieran mucha flexibilidad

Por ejemplo, conductores que tengan que enrollarse y desenrollarse

continuamente y tengan que pasar sobre poleas.

P

Cordones más flexibles que en las clases anteriores.

I

Conductores para aparatos especiales. Q

Cordón para ventiladores oscilantes, flexibilidad máxima.

* Los conductores de media tensión utilizan en su construcción conductores clase B.

113

Tabla 6.9.4 Propiedades de los aislamientos más comúnmente usados en conductores de energía (5-35 kv)

(REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE) CARACTERÍSTICAS SINTENAX VULCANEL

XLP VULCANEL EP PAPEL

IMPREGNADO Rigidez dieléctrica, kV/mm (corriente alterna, elevación rápida).

16

20

20

22

Rigidez dieléctrica, kV/mm (impulsos).

47

60

60

73

Permisividad relativa SIC. (60 ciclos, a temp. de op).

5.5

2.3

2.8

3.5

Factor de potencia, % (a 60 ciclos, a temp. de op.).

1

0.1

1.5

0.8

Constante K de resistencia del aislamiento a 15.6ºC (megohm-km).

750

6100

6100

3000

Resistencia a la ionización. excelente regular muy buena buena Resistencia a la humedad. buena muy buena excelente mala Factor de pérdidas. mala excelente excelente buena Flexibilidad. regular mala excelente regular Facilidad de instalación de empalmes y terminales (problemas de humedad o ionización).

excelente

regular

muy buena

regular

Temperatura de operación normal (ºC).

hasta 6 kV, 80 más de 6 kV, 75

90

90

85

Temperatura de sobrecarga (ºC).

100

130

130

100

Temperatura de corto circuito (ºC).

160

250

250

16

Principales ventajas

Bajo costo, resistente a la ionización, fácil de instalar.

Factor de pérdidas bajo.

Bajo factor de pérdidas, flexibilidad, resistencia a la ionización.

Bajo costo, experiencia de años, excelentes propiedades eléctricas.

Principales inconvenientes.

Pérdidas dieléctricas comparativamente altas.

Rigidez. Baja resistencia a la ionización.

Es atacable por hidrocarburos a temp. superiores a 60ºC.

Requiere tubo de plomo y terminales herméticas.

114

Tabla 6.9.5 Pantalla de cintas vs pantalla de alambres (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

TIPO DE PANTALLA VENTAJAS DESVENTAJAS

1.- A base de cintas

-Proporciona una pantalla

electrostática adecuada.

-Reduce el ingreso de hu-

medad en el aislamiento.

-Propiedades eléctricas incon-

sistentes, debido a que en el

manejo se afecta el traslape.

-Requiere de radios de cur-vaturas

mayores que para conductores

con pantalla de alambres.

-Construcción vulnerable du-rante

la instalación.

-En empalmes y terminales se

requiere de mayor tiempo y

habilidad para ejecutar ade-

cuadamente los cortes.

2.- A base de alambres

-Proporciona una pantalla

electrostática adecuada

-Las características eléctri-cas

de la pantalla son con-sistentes

y controlables.

-Fácilmente se incrementa la

capacidad modificando el

número de alambres.

-No requiere de gran destre-za

para realizar cortes en

empalmes y terminales

-Son menos vulnerables

durante la instalación.

-Permite el paso de la hume-dad

libremente.

-Requiere precauciones para

evitar desplazamiento de los

alambres durante la instalación.

115

Tabla 6.9.6 Propiedades de las cubiertas (REFERENCIA: NMX-J-142-1987

PROPIEDADES Y/O CARACTERÍSTICAS

CUBIERTAS TERMOPLÁSTICAS

CUBIERTAS TERMOFIJAS

FÍSICAS (2) P V C

Polietileno de baja densidad.

(2) C P E

Policloro preno

(2) CSPE

(2) CPE

- Esfuerzo de tensión a la ruptura mínimo Mpa kgf/mm2.

10.3

1.05

9.66

0.985

9.66

0.985

12.5 1.27

12.5

1.27

12.5 1.27

- Esfuerzo de tensión a 200% de alargamiento mínimo. MPA kgf/mm2.

--- ---

--- ---

--- ---

3.45 0.35

3.45 0.35

3.45 0.35

- Alargamiento a ruptura mínimo %.

100

350

150

300

300

300

- Deformación permanente máxima en %.

---

---

---

20

30

35

- Envejecimiento en horno h/°C. Repetición de valores sin envejecer. Valores mínimos: - Esfuerzo de tensión en %. - Alargamiento en %.

120/100

85 60

48/100

75 75

168/121

85 50

168/100

50 50

168/121

85 65

168/121

85 65

- Inmersión en aceite h/°C retención de valores sin envejecer. Valores mínimos: - Esfuerzo de tensión en %. - Alargamiento en %.

4/70

80 60

---

--- ---

18/100

60 60

18/121

60 60

18/121

60 60

18/121

60 60

- Deformación por calor, máxima %/°C.

50/121

25/90

25/121

---

---

---

- Choque térmico 121°C, 1h.

sin fractura.

---

---

---

---

---

- Coeficiente de absorción de luz, mínimo (1) mili (absorb/m).

---

320

---

---

---

---

Agrietamiento en ambiente controlado.

---

Sin fracturas.

---

---

---

---

- Doblez en frío: -10°C,1h.

Sin fractura.

---

Sin fractura

---

---

---

116

Tabla 6.9.7 Conductores-aislamientos y usos (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

NOMBRE

GENÉRICO

TIPO

TEMP. MÁX.

OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO

ÁREA DE LA SECCIÓN

TRANSVERSAL mm2

(AWG-kCM)

ESPESOR NOMINAL DE AISLAMIENTO

mm

CUBIERTA EXTERIOR@

Etileno Propileno Fluorado

FEP

90 ó

Lugares secos o

húmedos.

Etileno Propieno

Fluorados.

2.082 -5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.620 (8 - 2)

0.51

0.76

Ninguna.

FEPB 200 Lugares secos Aplicaciones

especialidades. #

Etileno propileno fluorado.

2.082 - 8.367 (14-8)

0.36 Malla de fibra de vidrio.

13.300-33.620 (6 - 2)

0.36 Malla de material adecuado.

Termoplástico resistente a la

humedad, al calor, al aceite y a la

propagación de la flama.

MTW##

60

90

Alambrado de

máquinas herramientas

en lugares mojados.

Alambrado de

máquinas herramientas

en lugares secos.

Termoplástico resistente a la humedad, al

calor, al aceite y a la


0.32 - 3.307

(22 - 12) 5.26 (10)

8.367 (8)

13.30 (6)

21.15 - 33.62 (4 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1000)

(A) (B) 0.76 0.38

0.76 0.51

1.14 0.76

1.52 0.76

1.52 1.02

2.03 1.27

2.41 1.52

2.79 1.78

(A) Ninguna.

(B) Cubierta de nylon o equivalente.

117

Continuación Tabla 6.9.7 NOMBRE

GENÉRICO TIPO TEMP.

MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO


TRANSVERSAL mm2 (AWG-kCM)


mm

CUBIERTA EXTERIOR

Polimero sintético o de cadena cruzada resistente al calor.

RHH** 90 Lugares secos o

húmedos.

Polímero sintético o de

cadena cruzada resistente al

calor.

2.082 - 3.307 (14 - 12)

5.26 .(10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000)

633.3 - 1 013.6 (1 250 - 2 000)

0.76 **

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

3.18

Cubierta no metálica,

resistente a la humedad, retartadora

de la flama@.

Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor y

humedad.

RHW## 75 Lugares secos y

húmedos.

(Para más de 2000 V, el aislamiento

debe ser resistente al

ozono).

Polímeros sintético o de

cadena cruzada resistente al

calor y humedad.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000)

633.3 - 1 013.6 (1 250 - 2 000)

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

3.18

Cubierta no metálica,

resistente a la humedad y a la propagación de

la flama@.

118


119



MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO


TRANSVERSAL mm2

(AWG-kCM)


mm

CUBIERTA EXTERIOR

Polímero sintético resistente al calor.

SIS## 90 Alambrado de tableros.

Polímero sintético o de cadena

cruzada resistente al

calor.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 (8)

13.30-33.62 (6-2)

42.41 - 107.2 (1 4/0)

0.76

1.14

1.52

2.03

Ninguna.

Termoplástico para tableros.

TT 90

Alambrado de tableros.


calor, a la propagación de incendio y de

emisión reducida de humo y gas

ácido.

0.5191 - 5.260 (20 - 10)

0.76 Ninguna.

Polietra-fluoroetileno. TFE 250 Lugares secos. Sólo para cone-xiones den-tro de apara-tos o en ca-nalizaciones conectadas a

aparatos (conductor de Níquel o de Cobre

cubierto de Níquel).

Polietra fluoroetileno.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

0.51

0.76

1.14

Ninguna.

120



MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO


TRANSVERSAL mm2 (AWG-

kCM)


mm

CUBIERTA EXTERIOR

Termoplástico resistente a la humedad y a la propagación de

incendio.

TW* 60 Lugares secos y

mojados.


incendio.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 (8)

13.30 - 33.62 (6 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000))

0.76

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

Ninguna.


humedad, al calor y a la propagación de

incendio.

THW*& 75

90

Lugares secos y mojs.

Aplicaciones especiales dentro de

eq. de alum. por descarga

eléctrica Restringido a 1000 V. ó en circuito abierto y áreas de

secc. transversales

de 2.082 - 8.367 mm2

(14 - 8 AWG).

Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la

propagación de incendio.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 (8)

13.30 - 33.62 (6 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500) 304.0 - 506.7 (600 - 1 000))

0.76

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

Ninguna.

121



MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO




mm

CUBIERTA EXTERIOR


humedad, al calor, a la propagación de

incendio y de emisión reducida de humos y

gas ácido.

THW - LS*&

75

90

Lugares se-cos y mojs. Aplicaciones especiales dentro de eq. de alumb. por descarga eléctrica. Restringido a 1000 V. o menos en circuito abierto y áreas de secc. transversales de 2.082 a 8.367 mm2 (14 - 8 AWG).

Termoplástico resistente a la humedad al

calor a la propagación de incendio y de

emisión reducida de humos y gas

ácido.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 (8)

13.30 - 33.62 (6 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000))

0.76

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

Ninguna.


incendio.

THHW *&

75

90

Lugares secos y

mojados.

Lugares secos.

Termplástico resistente a la humedad, al calor y a la

propagación de incendio.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 (8)

13.30 - 33.62 (6 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000)

0.76

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

Ninguna.

122



MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO




mm

CUBIERTA EXTERIOR


humedad, al calor y a la propagación de

incendio y de emisión reducida de humos y

gas ácido.

THHW - LS*&

75

90

Lugares mojados.

Lugares secos.


calor, a la propagación de incendio y de

emisión reducida de humos y gas

ácido.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 (8)

13.30 - 33.62 (6 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000))

0.76

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

Ninguna.

Termoplástico con cubierta de nylón,

resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la

flama.

THWN *&

75

Lugares secos y

mojados.

Termoplástico con cubierta de

nylón, resistente a la humedad, al calor y a la


2.082 - 3.307 (14 - 12)

5.26 (10)

8.367 - 13.30 (8 - 6)

21.15 - 33.62 (4 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000)

0.38

0.51

0.76

1.02

1.27

1.52

1.78

Cubierta de nylón o equivalente.

123



MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO


TRANSVERSAL mm2

(AWG-kCM)


mm

CUBIERTA EXTERIOR

Termoplástico con cubierta de nylón,

resistente al calor y a la propagación de la

flama.

THHN *&

90

Lugares secos.

Termoplástico con cubierta de nylón, resistente

al calor y a la propagación de

la flama.

2.082 - 3.307 (14 - 12)

5.26 (10)

8.367 - 13.30 (8 - 6)

21.15 - 33.62 (4 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1 000)

0.38

0.51

0.76

1.02

1.27

1.52

1.78

Cubierta de nylónó equivalente.

Cable monoconductor para

circuitos alimentadores o

derivados, subterráneos.

UF 60

Circuitos ali-mentadores ó derivados

subterráneos

Resistente a la humedad.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

1.52

2.03

2.41

Nota: Incluye

Cubierta integralcon el aislamiento

75 Resistente al calor y a la humedad.

la cubierta integral.

124



MÁX. OC

USOS PERMITIDOS

TIPO DE AISLAMIENTO


TRANSVERSAL mm2 (AWG-

kCM)


mm

CUBIERTA EXTERIOR

Cable monoconductor para acometida

subterránea.

USE 75

Acometida subterránea. Para cables tipo USE de más de un conductor.

Resistente al calor y a la humedad.

3.307 - 5.260 (12 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1000)

1.14

1.52

2.03

2.41

2.79

Cubierta no metálicaresistente al calor y

la humedad.

Polímero sintético, de cadena cruzada

resistente a la humedad y al calor.

XHHW ##

90

75

Lugares secos o humedos.

Lugares

mojados.

Polímero sintético, de

cadena cruzada resistente a la humedad, al calor y a la


2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1000)

0.76

1.14

1.4

1.65

2.03

Ninguna.



XHHW ##

90

75


Lugares

mojados.

Polímero sintético, de cadena cruzada resistente a la humedad, al calor y a la propagación de la flama.

2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1000)

0.76

1.14

1.4

1.65

2.03

Ninguna.

125



MÁX. OC USOS

PERMITIDOS TIPO DE

AISLAMIENTO ÁREA DE LA

SECCIÓN TRANSVERSAL

mm2 (AWG-kCM)


mm

CUBIERTA EXTERIOR@.



XHHW-2 ##

90


Polímero sintético, de

cadena cruzada resistente a la humedad, al calor y a la


2.082 - 5.260 (14 - 10)

8.367 - 33.62 (8 - 2)

42.41 - 107.2 (1 - 4/0)

126.7 - 253.4 (250 - 500)

304.0 - 506.7 (600 - 1000)

0.76

1.14

1.4

1.65

2.03

Ninguna.

@ Algunos aislamientos no requieren cubierta exterior. # Cuando las condiciones ambientales requieren temperaturas máximas de operación mayores de 90 0C. ## Cuando el aislamiento y la cubierta exterior cubren los requerimientos de no propagación de incendio, de emisión reducida de humos y gas ácido, se permite agregar a la denominación del tipo el sufijo LS. (Debe cumplir con la NMX-J-10). * Debe cumplir con la norma NMX-J-10. **Para el tipo RHH en áreas de secciones transversales de 2.082 a 3.307 mm2 (14 - 12), el espesor nominal de aislamiento debe ser de 1.14 mm. & Los tipos designados con el sufijo “2”, por ejemplo THW-2, se permite que sean usados a una temperatura de operación continua de 90 0C,en ambiente mojado o seco.

126

Tabla 6.9.8 Aislamientos y usos, para cables de energía (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTES)

TIPO O NOMBRE DESCRIPCIÓN APLICACIONES Cables SINTENAX unipolares 6, 15 y

25 kV.

Conductor de cobre, pantalla semiconductora sobre conductor (15 y

25 kV) aislamiento SINTENAX, pantalla sobre el aislamiento (15 y 25 kV) y

cubierta exterior de PVC.

Circuitos industriales de distribución primaria,

acometidas y circuitos auxiliares.

Cables de energía VULCANEL EP ó XLP

5, 15 y 35 kV.

Conductor de cobre, pantalla semiconductora sobre conductor, aislamiento de EP ó XLP, pantalla

sobre el aislamiento y cubierta exterior de PVC.

Circuitos trifásicos de distribución.

Cables de energía VULCANEL EP ó XLP triplex 5, 15 y 35 kV.


sobre el aislamiento y cubierta exterior de PVC.


Cables VULCANEL EP ó XLP con plomo 5 y15 KV para refinerías de

petróleo y plantas petroquímicas.


semiconductora sobre aislamiento, forro de plomo y cubierta exterior de PVC.

Circuitos de distribución de potencia en refinerías de

petróleo y plantas petroquímicas.

Cables de energía VULCANEL XLP para alumbrado de pistas de

aeropuerto 5 kV.

Conductor de cobre, pantalla semiconductora sobre conductor

aislamiento de XLP y cubierta exterior de PVC.

Conexión de lámparas de alumbrado en pistas de

aeropuertos.

Cables tripolares tipo 6PT con papel

impregnado y forro de plomo para 6 kV.

Conductor de cobre, pantalla semiconductora sobre conductor, aislamiento de papel impregnado, cintura, forro de plomo y cubierta

exterior termoplástica.

Distribución de energía eléctrica en sistemas de 6

kV.

Cables monopolares 23 PT aislados con papel impregnado y con forro de plomo para 23 kV.

Conductor de cobre, pantalla semiconductora sobre conductor, aislamiento de papel impregnado,

pantalla semiconductora sobre aislamiento, forro de plomo y cubierta


Distribución de energía eléctrica en sistemas de 23

kV.

Cables de energía VULCANEL 23TC.

Conductor de cobre, pantalla semiconductora sobre conductor

aislamiento de KLP, pantalla sobre el aislamiento, cinta separadora y cubierta


Acometidas aero-subterráneas en 23 kV.

Cables de energía VULCANEL EP ó XLP, tipo DS para 15, 25 y 35

kV.

Conductor de aluminio, pantalla semiconductora sobre conductor

aislamiento de EP ó XLP, pantalla sobre el aislamiento y cubierta exterior

de PVC.


Cables de energía VULCANEL EP ó XLP tipo DRS (distribución

residencial subterránea) 15, 25 y 35 kV.

Conductor de aluminio , pantalla semiconductora sobre conductor, aislamiento de EP ó XLP, cubierta

semiconductora sobre el aislamiento y neutro concéntrico de cobre estañado.

Distribución de energía eléctrica en circuitos

primarios monofásicos subterráneos en zonas

residenciales.

127

Tabla 6.9.9 Capacidad de conducción de corrientes en amperes de conductores aislados de 0 a 2000 v, 60 °C a 90 °C en canalización o directamente enterrados

y para una temperatura ambiente de 30ºC (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

TEMPERATURAS MÁXIMAS DE OPERACIÓN 60 °C 75 °C 90 °C 60 °C 75 °C 90 °C


TRANSVERSAL mm²

(AWG-kCM)

TIPOS TW* UF*.

TIPOS RHW*

THW*,THHW*

THW-LS, THHW-LS

USE*.

TIPOS SA,SIS,FEP*

FEPS* RHH*,RHW-2

THW-2,THHW* THHW-LS,TT

THWN-2,THHW*

USE-2,XHHW* XHHW-2.

TIPOS TW * UF*

TIPOS RHW*

THW*,THHW* THW-LS,THHW-LS THWW*,XHHW*

USE*.

TIPOS SA,SIS

RHH*,RHW-2 THW-

2,THHW* USE-2,XHHW*

XHHW-2.

cobre aluminio o alum.recub. cobre 0.8235 (18) 1.307 (16) 2.082 (14) 3.307 (12) 5.260 (10)

------ ------ 20* 25* 30

------ ------ 20* 25* 35*

14 18 25* 30* 40*

------ ------ ------ 20* 25*

------ ------ ------ 20* 30*

------ ------ ------ 25* 35*

8.367 (8) 13.30 (6) 21.15 (4) 33.62 (2) 42.41 (1)

40 55 70 95

110

50 65 85

115 130

55 75 95

130 150

30 40 55 75 85

40 50 65 90

100

45 60 75

100 115

53.48 (1/0) 67.43 (2/0) 85.01 (3/0) 107.2 (4/0) 126.7 (250) 152.0 (300)

125 145 165 195 215 240

150 175 200 230 255 285

170 195 225 260 290 320

100 115 130 150 170 190

120 135 155 180 205 230

135 150 175 205 230 255

177.3 (350) 202.7 (400)

260 280

310 335

350 380

210 225

250 270

280 305

253.4 (500) 304.0 (600) 380.0 (750) 506.7 (1000)

320 355 400 455

380 420 475 545

430 475 535 615

260 285 320 375

310 340 385 445

350 385 435 500

128


FACTORES DE CORRECCIÓN

Temperatura

ambiente °C

Para temperatura ambiente diferente de 30 °C, multiplique las

capacidades de corriente de la tabla mostradas arriba por el factor de

corrección correspondiente en esta tabla

21 25 1.08 1.05 1.04 1.08 1.05 1.04

26 30 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

31 35 0.91 0.94 0.96 0.91 0.94 0.96

36 40 0.82 0.88 0.91 0.82 0.88 0.91

41 45 0.71 0.82 0.87 0.71 0.82 0.87

46 50 0.58 0.75 0.82 0.58 0.75 0.82

51 55 0.41 0.67 0.76 0.41 0.67 0.76

56 60 ------ 0.58 0.71 ------ 0.58 0.71

61 70 ------ 0.33 0.58 ------ 0.33 0.58

71 80 ------ 0.41 ----- 0.41 La protección para sobrecorriente pra conductores de cobre, aluminio recubierto de cobre, en los tipos marcados con un asterisco *, no debe de exceder de: 1) 15 A para 2.082 mm² (14), 20 A para 3.307 mm² (12) y 30 A para 5.260 mm² (10) para conductores de cobre. 2) 15 A para 3.307 mm² (12), y 25 A para 5.260 mm² (10) para conductores de aluminio ó aluminio recubierto de cobre, despues de que se han aplicado los factores de corrección por temperatura ambiente y agrupamiento de conductores.

129

Tabla 6.9.10 Capacidad de conducción de corriente en amperes de cables monoconductores aislados de 0 a 2000 V, al aire libre y para una temperatura

ambiente de 30ºC (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

TEMPERATURAS MÁXIMAS DE OPERACIÓN 60 °C 75 °C 90 °C 60 °C 75 °C 90 °C


TRANSVERSAL mm² (AW-kCM)

TIPOS TW* UF*.

TIPOS RHW*

THW*,THHW* THW-LS,

THHW-LS

USE*.

TIPOS SA,SIS,FEP*

FEPS* RHH*,RHW-2

THW-2,THHW*

THHW-LS,TT THWN-

2,THHW* USE-2,XHHW*

XHHW-2.

TIPOS

TW * UF*

TIPOS RHW*

THW*,THHW* THW-

LS,THHW-LS

THWW*,XHHW* USE*.

TIPOS SA,SIS

RHH*,RHW-2 THW-2,THHW* USE-2,XHHW*

XHHW-2.

c o b r e aluminio o aluminio recubierto de cobre.

0.8235 (18) 1.307 (16) 2.082 (14) 3.307 (12) 5.260 (10)

------ ------ 25* 30* 40

------ ------ 30* 35* 50*

18 24 35* 40* 45*

------ ------ ------ 25* 35*

------ ------ ------ 35* 45*

------ ------ ------ 25* 35*

8.367 (8) 13.30 (6) 21.15 (4) 33.62 (2) 42.41 (1)

60 80

105 140 165

70 95

125 170 195

80 105 140 190 220

45 60 80 110 130

55 75

100 135 155

60 80 110 150 175

53.48 (1/0) 67.43 (2/0) 85.01 (3/0) 107.2 (4/0) 126.7 (250) 152.0 (300)

195 225 260 300 340 375

230 265 310 360 405 445

260 300 350 405 455 505

150 175 200 235 265 290

180 210 240 280 315 350

205 235 275 315 355 395

177.3 (350) 202.7 (400)

420 455

505 545

570 615

330 355

395 425

445 480

253.4 (500) 304.0 (600) 380.0 (750)

506.7 (1000)

515 575 655 780

620 690 785 935

700 780 885 1055

405 455 515 625

485 540 620 750

545 615 700 845

130

Continuación Tabla 6.9.10 FACTORES DE CORRECCIÓN

Temperatura ambiente °C

Para temperatura ambiente diferente de 30 °C, multiplique las capacidades de corriente de la tabla mostradas arriba por el factor de

corrección correspondiente en esta tabla 21 25 1.08 1.05 1.04 1.08 1.05 1.04 26 30 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 31 35 0.91 0.94 0.96 0.91 0.94 0.96 36 40 0.82 0.88 0.91 0.82 0.88 0.91 41 45 0.71 0.82 0.87 0.71 0.82 0.87 46 50 0.58 0.75 0.82 0.58 0.75 0.82 51 55 0.41 0.67 0.76 0.41 0.67 0.76 56 60 ------ 0.58 0.71 ------ 0.58 0.71 61 70 ------ 0.33 0.58 ------ 0.33 0.58 71 80 ------ 0.41 ----- 0.41

La protección para sobrecorriente para conductores de cobre, aluminio recubierto de cobre, en los tipos marcados con un asterisco *, no debe de exceder de : 15 A para 2.082 mm² (14), 20 A para 3.307 mm² (12) y 30 A para 5.260 mm² (10) para conductores de cobre. 15 A para 3.307 mm² (12), y 25 A para 5.260 mm² (10) para conductores de aluminio ó aluminio recubierto de cobre.

Tabla 6.9.11 Capacidad de conducción de corriente en amperes de tres conductores aislados individualmente de 0 a 2000 v, 150 0c a 250 0c, en cable

o en una canalización y para una temperatura ambiente DE 40ºC (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

TEMPERATURAS MÁXIMAS DE OPERACIÓN ÁREA DE 2000C 2500C

LA SECCIÓN TRANSVERSAL

FEP FEPB

TFE

mm2 (AWG-kCM)

cobre

níquel o cobre cubierto con níquel

2.082 (14) 36 39 3.307 (12) 45 54 5.260 (10) 60 73 8.367 (8) 83 93 13.30 (6) 110 117 21.15 (4) 125 148 33.62 (2) 171 191 42.41 (1) 197 215 53.48 (1/0) 229 244 67.43 (2/0) 260 273 85.01 (3/0) 297 308 107.2 (4/0) 346 361 126.7 (250) ........ ........ 152.0 (300) ........ ........ 177.3 (350) ........ ........ 202.7 (400) ........ ........ 253.4 (500) ........ ........ 304.0 (600) ........ ........ 380.0 (750) ........ ........ 506.7 (1000) ........ ........

131

Continuación tabla 6.9.11 FACTORES DE CORRECCIÓN

Temperatura ambiente ºC

Para temperatura ambiente diferente de 400C, multiplique las capacidades de corriente de las tablas mostradas arriba, por el factor

de corrección correspondiente en esta tabla 41- 50 0.97 0.98 51- 60 0.94 0.95 61- 70 0.90 0.93 71- 80 0.87 0.90 81- 90 0.83 0.87 91-100 0.79 0.85 101-120 0.71 0.79 121-140 0.61 0.72 141-160 0.50 0.65 161-180 0.35 0.58 181-200 ........ 0.49 201-225 ........ 0.35

Tabla 6.9.12 Capacidad de conducción de corriente en amperes de cables

monoconductores aislados de 0 a 2000 v, 150 ºC a 250 ºC, al aire libre y para una temperatura ambiente de 40ºC

(REFERENCIA: NOM-001-SEM P -1994) TEMPERATURAS MÁXIMAS DE OPERACIÓN

ÁREA DE 200 ºC 250 ºC LA SECCIÓN

TRANSVERSAL TIPOS TIPO

mm2 (AWG-kCM)

FEP FEPB

TFE

cobre níquel o cobre cubierto con níquel

2.082 (14) 54 59 3.307 (12) 68 78 5.260 (10) 90 107 8.367 (8) 124 142 13.30 (6) 165 205 21.15 (4) 220 278 33.62 (2) 293 381 42.41 (1) 344 440 53.48 (1/0) 399 532 67.43 (2/0) 467 591 85.01 (3/0) 546 708 107.2 (4/0) 629 830 126.7 (250) ........... ........... 152.0 (300) ........... ........... 177.3 (350) ........... ........... 202.7 (400) ........... ........... 253.4 (500) ........... ........... 304.0 (600) ........... ........... 380.0 (750) ........... ........... 506.7 (1000) ........... ...........

132

Continuación Tabla 6.9.12 FACTORES DE CORRECCIÓN

Temperatura ambiente ºC

Para temperatura ambiente diferente de 400C, multiplique las capacidades de corriente de la tabla mostradas arriba, por el factor de

corrección correspondiente en esta tabla 41- 50 0.97 0.98 51- 60 0.94 0.95 61- 70 0.90 0.93 71- 80 0.87 0.90 81- 90 0.83 0.87 91- 100 0.79 0.85

101- 120 0.71 0.79 121- 140 0.61 0.72 141- 160 0.50 0.65 161- 180 0.35 0.58 181- 200 ........ 0.49 201- 225 ........ 0.35

Tabla 6.9.13 Capacidad de conducción de corriente en amperes de un solo conjunto de cables aislados monoconductores de cobre en configuración

triplex, en aire, para una temperatura en el conductor de 90ºc y para temperatura ambiente de 40ºc


ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL mm2

(AWG - KCM)

2 001 - 5 000 V

A

5 001 - 35 000 V

A

8.367 (8) 65 ........... 13.30 (6) 90 100 21.15 (4) 120 130 33.62 (2) 160 170 42.41 (1) 185 195 53.48 (1/0) 215 225 67.43 (2/0) 250 260 85.01 (3/0) 290 300 107.2 (4/0) 335 345 126.7 (250) 375 380 177.3 (350) 465 470 253.4 (500) 580 580 380.0 (750) 750 730 506.7 (1 000) 880 850

133

Tabla 6.9.14 Capacidad de conducción de corriente en amperes de un solo conjunto de cables aislados monoconductores de aluminio en configuración triplex en aire, para temperatura en el conductor de 90ºc y para temperatura

ambiente de 40ºc (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)


(AWG - KCM)

2001 - 5 000 V

A

5001 - 35 000 V

A

8.367 (8) 50 . . . . . . . . 13.30 (6) 70 75 21.15 (4) 90 100 33.62 (2) 125 130 42.41 (1) 145 150 53.48 (1/0) 170 175 67.43 (2/0) 195 200 85.01 (3/0) 225 230 107.2 (4/0) 265 270 126.7 (250) 295 300 177.3 (350) 365 370 253.4 (500) 460 460 380.0 (750) 600 590 506.7 (1 000) 715 700

Tabla 6.9.15 Capacidad de conducción de corriente de un cable aislado

monoconductor de cobre, en aire, para temperatura en el conductor de 90ºc y para temperatura ambiente de 40ºc

(REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)

ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

MM2 (AWG -KCM)

2001- 5000 V

A

5001 -15000 V

A

15001 - 35000 V

A

8.367 (8) 83 .............. .............. 13.30 (6) 110 110 .............. 21.15 (4) 145 150 .............. 33.62 (2) 190 195 .............. 42.41 (1) 225 225 225 53.48 (1/0) 260 260 260 67.43 (2/0) 300 300 300 85.01 (3/0) 345 345 345 107.2 (4/0) 400 400 395 126.7 (250) 445 445 440 177.3 (350) 550 550 545 253.4 (500) 695 685 680 380.0 (750) 900 885 870 506.7 (1 000) 1075 1060 1040

134

Tabla 6.9.16 capacidad de conducción de corriente de un cable aislado monoconductor de aluminio, en aire, para temperatura en el conductor

de 90ºc y para temperatura ambiente de 40ºc (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


TRANSVERSAL mm

(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 15000 V A

15001 - 35000 V A

8.367 (8) 64 --------- --------- 13.30 (6) 85 87 --------- 2115 (4) 115 115 --------- 33.62 (2) 150 150 ......... 42.41 (1) 175 175 175 53.48 (1/0) 200 200 200 67.43 (2/0) 230 235 230 85.01 (3/0) 270 270 270 107.2 (4/0) 310 310 310 126.7 (250) 345 345 345 177.3 (350) 430 430 430 253.4 (500) 545 535 530 380.0 (750) 710 700 685 506.7 (1000) 855 840 825

Tabla 6.9.17 Capacidad de conducción de corriente de un solo cable aislado de tres conductores de cobre, en aire, para temperatura en el conductor

de 90ºc y para temperatura ambiente de 40ºc (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)

ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

mm2 (AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 59 -------- 13.30 (6) 79 93 2115 (4) 105 120 33.62 (2) 140 165 42.41 (1) 160 185 53.48 (1/0) 185 215 67.43 (2/0) 215 245 85.01 (3/0) 250 285 107.2 (4/0) 285 325 126.7 (250) 320 360 177.3 (350) 395 435 253.4 (500) 485 535 380.0 (750) 615 670 506.7 (1000) 705 770

135

Tabla 6.9.18 Capacidad de conducción de corriente de un solo cable aislado de tres conductores de aluminio, en aire, para temperatura en el conductor de

90ºC y para temperatura ambiente de 40ºC (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


TRANSVERSAL mm2 (AWG - kCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 46 -------- 13.30 (6) 61 72 2115 (4) 81 95 33.62 (2) 110 125 42.41 (1) 125 145 53.48 (1/0) 145 170 67.43 (2/0) 170 190 85.01 (3/0) 195 220 107.2 (4/0) 225 255 126.7 (250) 250 280 177.3 (350) 310 345 253.4 (500) 385 425 380.0 (750) 495 543 506.7 (1000) 585 635

Tabla 6.9.19 Capacidad de conducción de corriente de un cable triplex o de tres

cables monoconductores de cobre, en un solo tubo conduit en aire, para temperatura en el conductor de 90ºc y para temperatura ambiente de 40ºc



(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 55 -------- 13.30 (6) 75 83 2115 (4) 97 110 33.62 (2) 130 150 42.41 (1) 155 170 53.48 (1/0) 180 195 67.43 (2/0) 205 225 85.01 (3/0) 240 260 107.2 (4/0) 280 295 126.7 (250) 315 330 177.3 (350) 385 395 253.4 (500) 475 480 380.0 (750) 600 585 506.7 (1000) 690 675

136

Tabla 6.9.20 Capacidad de conducción de corriente de un cable triplex o de tres conductores de aluminio, en un solo tubo conduit en aire, para temperatura en

el conductor de 90ºC y para temperatura ambiente de 40ºC (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 43 -------- 13.30 (6) 58 65 2115 (4) 76 84 33.62 (2) 100 115 42.41 (1) 120 130 53.48 (1/0) 140 150 67.43 (2/0) 160 175 85.01 (3/0) 190 200 107.2 (4/0) 215 230 126.7 (250) 250 255 177.3 (350) 305 310 253.4 (500) 380 385 380.0 (750) 490 485 506.7 (1000) 580 565

Tabla 6.9.21 Capacidad de conducción de corriente de un cable aislado de tres conductores de cobre en un solo tubo conduit en aire, para temperatura en el

conductor de 90ºC y para temperatura ambiente de 40ºc (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 52 -------- 13.30 (6) 69 83 2115 (4) 91 105 33.62 (2) 125 145 42.41 (1) 140 165 53.48 (1/0) 165 195 67.43 (2/0) 190 220 85.01 (3/0) 220 250 107.2 (4/0) 255 290 126.7 (250) 280 315 177.3 (350) 350 385 253.4 (500) 425 470 380.0 (750) 525 570 506.7 (1000) 590 650

137

Tabla 6.9.22 Capacidad de conducción de corriente de un cable aislado de tres conductores de aluminio en un solo tubo conduit en aire, para temperatura en

el conductor de 90ºC y para temperatura ambiente de 40ºC (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


TRANSVERSAL

mm²

( AWG - KCM )

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 ( 8 ) 41 ........

13.30 ( 6 ) 53 64

21.15 ( 4) 71 84

33.62 ( 2) 96 115

42.41 ( 1 ) 110 130

53.48 ( 1/0 ) 130 150

67.43 ( 2/0 ) 150 170

85.01 ( 3/0 ) 170 195

107.2 ( 4/0 ) 200 225

126.7 (250 ) 220 250

177.3 (350 ) 275 305

253.4 (500) 340 380

380.0 (750) 430 470

560.7 (1000) 505 550

138

Tabla 6.9.23 Capacidad de conducción de corriente de tres cables aislados monoconductores de cobre en ductos eléctricos subterraneos (tres cables

monoconductores por ducto) (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)

UN CIRCUITO, ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL mm2

(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 64 -------- 13.30 (6) 85 90 2115 (4) 110 115 33.62 (2) 145 155 42.41 (1) 170 175 53.48 (1/0) 195 200 67.43 (2/0) 220 230 85.01 (3/0) 250 260 107.2 (4/0) 290 295 126.7 (250) 320 325 177.3 (350) 385 390 253.4 (500) 470 465 380.0 (750) 585 565 506.7 (1000) 670 640

TRES CIRCUITOS, ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL mm2

(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 56 -------- 13.30 (6) 73 77 2115 (4) 95 99 33.62 (2) 125 130 42.41 (1) 140 145 53.48 (1/0) 160 165 67.43 (2/0) 185 185 85.01 (3/0) 210 210 107.2 (4/0) 235 240 126.7 (250) 260 260 177.3 (350) 315 310 253.4 (500) 375 370 380.0 (750) 460 440 506.7 (1000) 525 495

SEIS CIRCUITOS, ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL mm2

(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 48 -------- 13.30 (6) 62 64 2115 (4) 80 82 33.62 (2) 105 105 42.41 (1) 115 120 53.48 (1/0) 135 135 67.43 (2/0) 150 150 85.01 (3/0) 170 170 107.2 (4/0) 195 190 126.7 (250) 210 210 177.3 (350) 250 245 253.4 (500) 300 290 380.0 (750) 365 350 506.7 (1000) 410 390

139

Tabla 6.9.24 Capacidad de conducción de corriente de tres cables aislados monoconductores de aluminio en ductos eléctricos subterráneos (tres cables

monoconductores por ducto) (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 50 -------- 13.30 (6) 66 70 2115 (4) 86 91 33.62 (2) 115 120 42.41 (1) 130 135 53.48 (1/0) 150 155 67.43 (2/0) 170 175 85.01 (3/0) 195 200 107.2 (4/0) 225 230 126.7 (250) 250 250 177.3 (350) 305 305 253.4 (500) 370 370 380.0 (750) 470 455 506.7 (1000) 545 525


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 44 -------- 13.30 (6) 57 60 2115 (4) 74 77 33.62 (2) 96 100 42.41 (1) 110 110 53.48 (1/0) 125 125 67.43 (2/0) 145 145 85.01 (3/0) 160 165 107.2 (4/0) 185 185 126.7 (250) 205 200 177.3 (350) 245 245 253.4 (500) 295 290 380.0 (750) 370 355 506.7 (1000) 425 405


(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 38 -------- 13.30 (6) 48 50 2115 (4) 62 64 33.62 (2) 80 80 42.41 (1) 91 90 53.48 (1/0) 105 105 67.43 (2/0) 115 115 85.01 (3/0) 135 130 107.2 (4/0) 150 150 126.7 (250) 165 165 177.3 (350) 195 195 253.4 (500) 240 230 380.0 (750) 290 280 506.7 (1000) 335 320

140

Tabla 6.9.25 Capacidad de conducción de corriente de un cable formado por tres conductores de cobre aislados individualmente, reunidos y con cubierta

exterior en ductos eléctricos subterráneos (uncable por ducto)



(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 59 -------- 13.30 (6) 78 88 2115 (4) 100 115 33.62 (2) 135 150 42.41 (1) 155 170 53.48 (1/0) 175 195 67.43 (2/0) 200 220 85.01 (3/0) 230 250 107.2 (4/0) 265 285 126.7 (250) 290 310 177.3 (350) 355 375 253.4 (500) 430 450 380.0 (750) 530 545 506.7 (1000) 600 615


(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 53 -------- 13.30 (6) 69 75 2115 (4) 89 97 33.62 (2) 115 125 42.41 (1) 135 140 53.48 (1/0) 150 160 67.43 (2/0) 170 185 85.01 (3/0) 195 205 107.2 (4/0) 225 30 126.7 (250) 245 255 177.3 (350) 295 305 253.4 (500) 355 360 380.0 (750) 430 430 506.7 (1000) 485 485


(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 45 -------- 13.30 (6) 60 63 2115 (4) 77 81 33.62 (2) 98 105 42.41 (1) 110 115 53.48 (1/0) 125 130 67.43 (2/0) 145 150 85.01 (3/0) 165 170 107.2 (4/0) 185 190 126.7 (250) 200 205 177.3 (350) 240 245 253.4 (500) 290 290 380.0 (750) 350 340 506.7 (1000) 390 380

141

Tabla 6.9.26 Capacidad de conducción de corriente de un cable formado por tres conductores de aluminio aislados individualmente, reunidos y con cubierta

exterior en ductos eléctricos subterráneos (un cable por ducto) (REFERENCIA : NOM-001-SEMP-1994)


(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 48 -------- 13.30 (6) 51 69 2115 (4) 90 89 33.62 (2) 105 105 42.41 (1) 120 135 53.48 (1/0) 140 150 67.43 (2/0) 160 170 85.01 (3/0) 180 195 107.2 (4/0) 205 220 126.7 (250) 230 245 177.3 (350) 230 295 253.4 (500) 340 335 380.0 (750) 425 440 506.7 (1000) 495 510


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V A

5001 - 35000 V A

8.367 (8) 41 -------- 13.30 (6) 54 59 2115 (4) 70 75 33.62 (2) 90 100 42.41 (1) 105 110 53.48 (1/0) 120 125 67.43 (2/0) 135 140 85.01 (3/0) 155 160 107.2 (4/0) 175 180 126.7 (250) 190 200 177.3 (350) 230 240 253.4 (500) 280 285 380.0 (750) 345 350 506.7 (1000) 400 400


(AWG - KCM) 2001 - 5000 V

A 5001 - 35000 V

A 8.367 (8) 36 -------- 13.30 (6) 46 49 2115 (4) 60 63 33.62 (2) 77 80 42.41 (1) 87 90 53.48 (1/0) 99 105 67.43 (2/0) 110 115 85.01 (3/0) 130 130 107.2 (4/0) 145 150 126.7 (250) 160 160 177.3 (350) 190 190 253.4 (500) 230 230 380.0 (750) 280 275 506.7 (1000) 320 315

142

Tabla 6.9.27 Capacidad de conducción de corriente de cables aislados monoconductores de cobre directamente enterrados


UN CIRCUITO 3 CONDUCTORES


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 110 -------- 13.30 (6) 140 130 2115 (4) 180 170 33.62 (2) 230 210 42.41 (1) 260 240 53.48 (1/0) 295 275 67.43 (2/0) 335 310 85.01 (3/0) 385 355 107.2 (4/0) 435 405 126.7 (250) 470 440 177.3 (350) 570 535 253.4 (500) 690 650 380.0 (750) 845 805 506.7 (1000) 980 930

DOS CIRCUITOS 6 CONDUCTORES


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 100 -------- 13.30 (6) 130 120 2115 (4) 165 160 33.62 (2) 215 195 42.41 (1) 240 225 53.48 (1/0) 275 255 67.43 (2/0) 310 290 85.01 (3/0) 355 330 107.2 (4/0) 400 375 126.7 (250) 435 410 177.3 (350) 520 495 253.4 (500) 630 600 380.0 (750) 775 740 506.7 (1000) 890 855

143

Tabla 6.9.28 Capacidad de conducción de corriente de cables aislados monoconductores de aluminio directamente enterrados


UN CIRCUITO 3 CONDUCTORES


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 85 -------- 13.30 (6) 110 100 2115 (4) 140 130 33.62 (2) 180 165 42.41 (1) 205 185 53.48 (1/0) 230 215 67.43 (2/0) 265 245 85.01 (3/0) 300 275 107.2 (4/0) 340 315 126.7 (250) 370 345 177.3 (350) 445 415 253.4 (500) 540 510 380.0 (750) 665 635 506.7 (1000) 780 740

DOS CIRCUITOS 6 CONDUCTORES


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 80 -------- 13.30 (6) 100 95 2115 (4) 130 125 33.62 (2) 165 155 42.41 (1) 190 175 53.48 (1/0) 215 200 67.43 (2/0) 245 225 85.01 (3/0) 275 255 107.2 (4/0) 310 290 126.7 (250) 340 320 177.3 (350) 410 385 253.4 (500) 495 470 380.0 (750) 610 580 506.7 (1000) 710 680

144

Tabla 6.9.29 Capacidad de conducción de corriente de un cable formado por tres conductores de cobre aislados individualmente reunidos y con cubierta

exterior directamente enterrado (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

UN CIRCUITO


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 85 -------- 13.30 (6) 105 115 2115 (4) 135 145 33.62 (2) 180 185 42.41 (1) 200 210 53.48 (1/0) 230 240 67.43 (2/0) 260 270 85.01 (3/0) 295 305 107.2 (4/0) 335 350 126.7 (250) 365 380 177.3 (350) 440 460 253.4 (500) 530 550 380.0 (750) 650 665 506.7 (1000) 730 750

DOS CIRCUITOS ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

mm2

(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 80 -------- 13.30 (6) 100 105 2115 (4) 130 135 33.62 (2) 165 170 42.41 (1) 185 195 53.48 (1/0) 215 220 67.43 (2/0) 240 250 85.01 (3/0) 275 280 107.2 (4/0) 310 320 126.7 (250) 340 350 177.3 (350) 410 420 253.4 (500) 490 500 380.0 (750) 595 605 506.7 (1000) 665 675

145

Tabla 6.9.30 Capacidad de conducción de corriente de un cable formado por tres conductores de aluminio aislados individualmente, reunidos y con cubierta

exterior directamente enterrado (REFERENCIA:NOM-001-SEMP-1994)

UN CIRCUITO


(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 65 -------- 13.30 (6) 80 90 2115 (4) 105 115 33.62 (2) 140 145 42.41 (1) 155 165 53.48 (1/0) 180 185 67.43 (2/0) 205 210 85.01 (3/0) 230 240 107.2 (4/0) 260 270 126.7 (250) 285 300 177.3 (350) 345 360 253.4 (500) 420 435 380.0 (750) 520 540 506.7 (1000) 600 620

DOS CIRCUITOS ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

mm2

(AWG - KCM)

2001 - 5000 V

A

5001 - 35000 V

A

8.367 (8) 60 -------- 13.30 (6) 75 80 2115 (4) 100 105 33.62 (2) 130 135 42.41 (1) 145 150 53.48 (1/0) 165 170 67.43 (2/0) 190 195 85.01 (3/0) 215 220 107.2 (4/0) 245 250 126.7 (250) 265 275 177.3 (350) 320 330 253.4 (500) 385 395 380.0 (750) 480 485 506.7 (1000) 550 560

La temperatura ambiente: de la tabla 6.9.12 hasta la 6.8.23 será de 40 ºC. La temperatura en el conductor de la tabla 6.9.13 hasta la 6.8.30 será de 90 ºC. Para las tablas 6.8.24 hasta 6.8.31 la temperatura del terreno es de 20 ºC. La resistividad térmica del terreno (RHO) es de 90.

146

7. SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTO 7.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que se deben considerar para seleccionar adecuadamente los transformadores para instrumentos empleados en los sistemas eléctricos con tensiones nominales hasta 34.5 kV. 7.2 CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN 7.2.1 Transformador de corriente Es el transformador diseñado para suministrar la corriente adecuada en aparatos de medición, protección o ambos, en el cual la corriente secundaria, en condiciones normales de operación, es proporcional a la corriente primaria y desfasada respecto a ella un ángulo cercano a cero. La utilización de transformadores de corriente presenta las ventajas siguientes: a) Aísla eléctricamente los instrumentos de medición y protección del circuito primario. b) Permite la normalización de las características de operación de los instrumentos transformando la corriente en valores adecuados a los instrumentos normales, generalmente estos valores son 5 amperes. c) Da mayor seguridad al personal. Para seleccionar transformadores de corriente se deben determinar las siguientes características, las cuales para su estudio las dividiremos en: Características normativas, dentro de las que se incluyen los valores con los cuales los fabricantes deben diseñar y garantizar el equipo, en base a las recomendaciones de las normas nacionales e internacionales. Características de operación, dentro de éstas, el diseñador deberá incluir en las especificaciones respectivas los datos correspondientes a la forma en que va a ser utilizado el equipo. Condiciones ambientales, para que éstas no afecten la operación correcta del equipo, se deberá informar al fabricante, durante la elaboración de las especificaciones, las condiciones existentes en el sitio donde se instalará el equipo. 7.2.2 Transformador de potencial Es el transformador diseñado para suministrar la tensión adecuada a los instrumentos de medición, protección o ambos, en el cual la tensión secundaria, en las condiciones normales de operación, es proporcional a la tensión primaria desfasada respecto a ella un ángulo cercano a cero.

147

El transformador de potencial es un transformador convencional cuyo devanado primario puede ser conectado a un sistema eléctrico, tanto entre fases, como entre fase y tierra. Los transformadores de potencial ofrecen las mismas ventajas que los de corriente, aíslan eléctricamente los instrumentos del circuito primario, permiten normalizar las características de los instrumentos, (transformar la tensión en valores adecuados a los instrumentos normales, generalmente estos valores son 120 volts) y dan mayor seguridad al personal. 7.3 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS 7.3.1 Normas Los transformadores son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en los capítulos 5 y 6 de especificaciones de transformadores de instrumentos. 7.3.2 Transformadores de corriente a) Corriente nominal primaria (Ip) El valor eficaz de la corriente primaria sobre la cual se basa el funcionamiento del transformador. Se calcula de acuerdo al consumo de carga conectada al sistema, seleccionándose generalmente el valor normalizado superior a la corriente nominal de la instalación. En las tablas 7.8.1 y 7.8.2 se muestran los valores normalizados de corriente primaria para transformadores de corriente, así como las relaciones de transformación. b) Corriente nominal secundaria Es el valor de corriente que se obtiene de dividir la corriente nominal primaria entre la relación nominal de transformación y su valor normalizado es generalmente de 5 Amp., pero puede ser empleada una corriente nominal de 1 Amp, siempre que así se especifique. c) Corriente nominal térmica continua (Iterm) La corriente nominal térmica continúa, debe ser 1.2 veces, la corriente nominal primaria, excepto en transformadores con rango ampliado de corriente, es decir, aquellos que satisfagan las siguientes condiciones: Cuando la corriente térmica continua es superior a 1.2 veces la corriente nominal. Cuando los límites del factor de corrección de la relación y del error de fase, para el 100% de la corriente nominal, se cumplan también para corrientes primarias iguales a la corriente nominal térmica continua.

148

d) Frecuencia nominal Los transformadores deben ser capaces de operar en sistemas de frecuencia nominal de 60 Hz. e) Carga nominales En la tabla 7.8.3 se indica la designación de las cargas nominales para medición y protección en transformadores de corriente. Cálculo de la carga en un transformador de corriente. e.1) Ejemplo de cálculo de carga de medición Supóngase que tenemos conectado a un transformador de corriente un watthorímetro, vármetro y un amperímetro, la distancia que hay entre el transformador de corriente y el tablero de medición es de 200 metros. Los datos de consumo del equipo de medición se obtienen del fabricante, en la tabla 7.8.12 se indican los consumos propios de los aparatos alimentados por transformadores de corriente.

Aparato Consumo Watts VAR Watthorímetro 0.5 1.5 vármetro 0.5 1.5 amperímetro 1.3 1.8 Total: 2.3 4.8

Carga total a 5A: 2.3+j 4.8 = 5.322 ∠64.39º VA La caída de tensión provocada por esta potencia es:

voltsº39.64 064.1 = 5

º39.64 322.5 = P = e ∠∠

Ι

La impedancia equivalente es:

Ω=

Ω∠∠

0.192 j + 0.092

64.39º 0.2128 = 5

64.39º 1.064 Ie = Zeq.

El conductor utilizado es calibre 12 AWG a 50ºC y su impedancia en los 200 m es:

Z = 1.216 + j 0 cond Ω

149

La impedancia total que será conectada al transformador es:

5.13º 2.144

0.192 j + 2.136

0 j + 1.216 + 0.192 j + 0.92 = Z+ Z= Z condeq.total

Ω∠=

Ω=

De acuerdo a la tabla 7.8.3, debe designarse la carga como mínima: B-4 e.2) Ejemplo de cálculo de carga de protección Supóngase que se tiene conectado al transformador de corriente un relevador de sobrecorriente de fase con retardo de tiempo (51) y un relevador de sobrecorriente de neutro con retardo de tiempo (51N). Los datos de consumo de los relevadores se obtienen del fabricante:

Relevador Consumo Watts VAR 51 2.5 8.4 51N 15 57 Total: 17.5 65.4

carga total a 5A = 17.5 + j 65.4 = 67.7 ∠75.019º VA La caída de tensión provocada por esta potencia es:

volts75.019º 13.54 = 575.019º 67.7 =

IP= e ∠

∠

La impedancia equivalente de los relevadores es:

Ω

Ω∠∠

62.2 j + 7.0 =

75.019º 2.708 = 575.019º 13.54 =

Ie Zeq.

La impedancia total del cable para 200 mts. es:

Ω 0 j + 1.216 = Zcond

150

La impedancia total del cable para la ida y vuelta es:

Ω=

==

0 j +2.432

0) j+(1.216 2 Z2 Z cond condt

La impedancia total que será conectada al secundario del transformador es:

Ω∠

Ω=

=

º9.39 4.083 =

2.62 j + 3.132

0 j +2.432 + 2.62 j + 0.7 = Z+ ZZ tcond equip. total

De acuerdo a la tabla 7.8.3 debe designarse como mínimo la carga: B-8 La precisión de los transformadores, se garantiza para cargas a medir cuyos factores de potencia están comprendidos entre 1.0 y 0.6 atrazados. Para mediciones de potencia de energía o cualquier otro tipo en que intervengan al mismo tiempo los vectores de corriente y de tensión. El error que el transformador introduce en la medición está dado por:

∂ tangb 0.029 + FCR)(1 100 = E − En donde:

E = error en la medición, en % FCR = factor de corrección de la relación. β = error de fase, en minutos. ∂ = ángulo cuyo coseno es el factor de potencia de la carga por medir.

Dentro del rango de factores de potencia de la carga para las que se garantiza la precisión de los transformadores, el de 0.6 atrasado, es el que mayor influencia tiene sobre el error de medición E, según la fórmula anterior, por lo que los límites permisibles del error de fase β para garantizar la precisión, están dadas por:

[ ]β = 26 100 1Ea FCR− −( ) Resultante de considerar tang ∂ = cos-1 0.6 = 1.33 y en la cual Ea es el error admisible en %, según la clase de precisión y están indicados en la tabla 7.8.5. Para cada clase de precisión existen dos paralelogramos: uno interior, que da los límites para los errores a 100% de su corriente nominal y otro exterior, que señala los límites de los errores cuando opera el transformador al 10% de su corriente nominal. Las líneas oblicuas en las figuras 7.9.1, 7.9.2 y 7.9.3 representan estos valores límites de β contra los valores de FCR.

151

Para mediciones de corriente en aparatos en que se considera sólo la magnitud de ella, sin importar su relación con el vector tensión, los límites del factor de corrección de la relación están dados por las líneas horizontales de las gráficas de la figura 7.9.1, 7.9.2 y 7.9.3 que corresponden a la fórmula:

FCR)-1( 100 = Ea La carga nominal de un transformador de potencial, es la suma de las potencias nominales de todos los aparatos conectados al secundario. Se tienen en cuenta, las caidas de tensión en las líneas, si las distancias entre el transformador y los instrumentos de medición, son importantes. Cálculo de carga sobre un transformador de potencial. En el lado secundario de un transformador de potencial tenemos 120 volts, al cual tenemos conectada la siguiente carga: voltímetro, wattmetro y un wattthorímetro. Los datos de consumo de la carga se obtienen del fabricante, en la tabla 7.8.13 se indican los consumos propios de los aparatos alimentados por transformadores de potencial.

Aparato Consumo)VA) voltímetro 6 wattmetro 8.5

watthorímetro 7.5 Total: 22

De acuerdo a la tabla 7.8.7 la carga se designa con la letra: X Cada clase de precisión especificada deberá asociarse con la carga nominal, para el ejemplo anterior queda: 0.6X La precisión de los transformadores de potencial se garantiza para cargas a medir cuyos factores de potencia del sistema están comprendidos entre 1.0 y 0.6 atrasados, a una tensión entre 90 y 110% de la tensión nominal secundaria, para las cargas nominales de precisión especificados para cada transformador, incluyendo vacío (carga cero). Dentro de los límites de factor de potencia del sistema, para los que se garantiza la precisión de los transformadores, es el 0.6 atrasado el que mayor influencia tiene sobre el error de medición E, según la fórmula anterior, por lo que los límites permisibles del error de fase ϒ, para garantizar la precisión, están dadas por la fórmula siguiente:

[ ] Ea-FCR)1( 100 26 = −γ

152

Que resulta de considerar tang ∅ = 1.33 y en el cual Ea es el error admisible expresado en porciento para las clases de precisión. Los paralelogramos de la figura 7.9.4 representan los valores límites del error de fase γ, contra los valores del factor de corrección de la relación, de tal manera que un punto que tenga como coordenada a dicha pareja de valores, debe caer dentro del paralelogramo correspondiente a la clase de precisión de que se trate. f) Corriente nominal de corto circuito (Id) Es el valor eficaz de la componente de corriente alterna de una onda de corriente primaria, completamente asimétrica, que el transformador de corriente es capaz de soportar con el secundario en corto circuito, sin sufrir daños mecánicos. g) Nivel nominal de aislamiento El nivel nominal de aislamiento, el nivel básico de impulso y las pruebas dieléctricas normales que corresponden a las distintas tensiones nominales preferentes, están dadas por la tabla 7.8.4. h) Clase de Precisión La clase de precisión se designa por el máximo error admisible, en por ciento, que el transformador pueda introducir en la medición, operando con su corriente primaria con carga y frecuencia nominales, siempre y cuando al 10% de la corriente nominal primaria, los errores no sean mayores de doble de los límites fijados para el 100%. Las clases de precisión normales para medición son: 0.3, 0.6 y 1.2. Cada clase de precisión especificada deberá asociarse con una o varias cargas nominales de precisión. Por ejemplo: 0.6B2. Las clases de precisión para protección, indican en la tabla 7.8.5. i) Límites de factores de corrección de la relación (FCR) y errores de fase (β) Los límites de los factores de corrección de la relación y de los errores de fase (para transformadores con clase de precisión entre 0.1 y 1.2 inclusive), serán tales que el transformador, operando a su corriente nominal primaria y con frecuencia y carga nominales, no deberá introducir en la medición de potencia un error mayor que el que designa su clase de precisión. 7.3.3 Transformador de potencial a) Tensión nominal primaria. (Vp) El voltaje nominal primario de un transformador de potencial es el valor del voltaje primario sobre el cual se basan sus especificaciones de operación.

153

El STD C57.13 del IEEE indica varios grupos de transformadores de potencial, de acuerdo a sus características de aislamiento y voltaje nominal primario, a continuación se describen los tres primeros grupos que son los de mayor aplicación. Grupo 1.- Los transformadores de este grupo están diseñados para aplicación con 100% del voltaje nominal primario en el devanado primario, cuando se conectan de línea a línea o de línea a tierra. Por ejemplo, un transformador de potencial de 2400Δ/4160Y puede ser conectado de línea a línea en un sistema de 2400 V o entre línea a neutro en un sistema de 4160 V. Grupo 2.- Los transformadores de potencial incluidos en este grupo, están diseñados básicamente para servicio de línea a línea y pueden ser usados entre línea y neutro o línea a tierra a un voltaje en el devanado igual al voltaje nominal primario o dividido por 1.732. Por ejemplo, un transformador de 2400Δ/2400Y puede ser conectado en un sistema de 2400 V, pero está limitado por aislamiento a una conexión de línea a neutro del mismo voltaje del sistema (1386 V de línea a neutro). Grupo 3.- Los transformadores de potencial pertenecientes al grupo 3 son para conectarse solamente de línea a tierra y tienen dos secundarios, su terminal de neutro puede ser aislada o aterrizada. La tabla 7.8.6 se indican los voltajes nominales primarios, relaciones de transformación y niveles de aislamiento al impulso para los transformadores de potencial de los grupos anteriormente descritos. b) Tensión nominal secundaria (Vs) Los valores de las tensiones nominales secundarias son de 120 y 69.3V. c) Nivel nominal de aislamiento y nivel básico de aislamiento al impulso Los niveles nominales de aislamiento están dados en la tabla 7.8.6 para los tres grupos de transformadores. El nivel nominal de aislamiento debe estar asociado al nivel básico de aislamiento al impulso cuyos valores están dados en la tabla 7.8.6. d) Relación de transformación Las relaciones de transformación preferentes están dadas en la tabla 7.8.6. e) Frecuencia Nominal La frecuencia nominal de los transformadores de potencial es de 60 Hz. f) Factor de sobretensión

154

Todos los transformadores de potencial deben ser capaces de operar continuamente a frecuencia nominal con una tensión igual a 1.10 veces su tensión nominal. Los transformadores de potencial del grupo 1, deben soportar además en condiciones de emergencia, una tensión igual a 1.25 veces la tensión nominal, con una carga del 64% de la capacidad térmica del transformador, sin exceder una elevación de temperatura de (75ºC). Los transformadores del grupo 3, para sistemas hasta de 161 KV entre fases deben ser capaces, además, de operar durante 1 minuto con una tensión igual a 1.73 veces la tensión nominal entre fases y tierra, sin exceder una elevación de temperatura de (175ºC). g) Clase de precisión y carga nominal secundaria Las clases de precisión nominales son: 0.3, 0.6 y 1.2. Las clases de precisión se designa por el máximo error admisible expresado en porciento, que el transformador puede introducir en la medición de potencia operando con su tensión nominal primaria y a su frecuencia nominal. Cada clase de precisión especificada debe asociarse con una o varias cargas nominales de precisión. Un mismo transformador puede cumplir con varias clases de precisión según la carga que se le asocie. Un mismo devanado puede tener varias cargas nominales de precisión, con iguales o diferentes clases de precisión. Los valores, las designaciones y las características de las cargas nominales están dadas en la tabla 7.8.7. Para tensiones nominales primarias distintas a las tabuladas, la característica de carga debe variarse en proporción directa al cuadrado de la relación de tensión nominal secundaria en cuestión, entre la tensión tabulada, a fin de conservar los volts, amperes y el factor de potencia.

VV =

2

2

1

2

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡VAVA

h) Límites de los factores de corrección de la relación (FCR) y de los errores de fase (γ) Los límites de los factores de corrección de la relación y de los errores de fase, son tales, que el transformador operando a su tensión nominal primaria y con frecuencia y cargas nominales no puede introducir en la medición de potencia un error mayor que el que designa a su clase de precisión.

155

Para mediciones de potencia, de energía o de cualquier otro tipo en que intervengan al mismo tiempo los sectores de corriente y de tensión el error que el transformador introduce en la medición está dado por:

E = 100 (1 - FCR) - 0.029γ tan ø En donde:

E: Error introducido en la medición, en % FCR: Factor de corrección de la relación γ: Error de fase, en minutos ø: Ángulo cuyo coseno es el factor de potencia del sistema

i) Capacidad térmica nominal Se debe especificar a cada transformador la máxima carga térmica en volt amperes. Esta carga debe ser cuando menos igual a la máxima carga nominal de precisión especificada para el transformador. En los transformadores que tienen 2 devanados secundarios a un secundario con derivaciones, se debe especificar la capacidad térmica para cada devanado o cada derivación. j) Capacidad de corto circuito Los transformadores de potencial deben ser capaces de soportar, durante un segundo los esfuerzos mecánicos y térmicos debido a un corto circuito en las terminales secundarias, manteniendo en las terminales primarias su tensión nominal, sin que la elevación de temperatura de los devanados exceda de 250ºC para la clase de aislamiento 130. 7.4 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN 7.4.1 Transformador de corriente a) Tipo de servicio Por su instalación, los transformadores de instrumentos se pueden clasificar en dos tipos. Para servicio interior y para intemperie. Por lo general y por razones económicas, las instalaciones de baja y media tensión, hasta 25 kV, se diseñan para servicio interior y para exterior son tensiones desde 34.5 kV en adelante. b) Tipos de construcción Con base en las características de su devanado primario y considerando el montaje vertical, horizontal o invertido, los transformadores de corriente se clasifican como sigue: Tipo devanado.- En este tipo, el devanado primario consiste de una o más espiras que rodean uno o más núcleos, los devanados primario y secundario se aíslan uno del otro, así como del o de los núcleos, ensamblándose como una estructura integral.

156

Este tipo de construcción deberá especificarse para transformadores de corriente con devanado de relación doble o triple. Tipo barra.- Es aquel cuyo devanado primario está constituido por un conductor recto en forma de barra, varilla o tubo que pasa a través de la ventana del núcleo; los devanados primario y secundario se encuentran aislados entre sí y están permanentemente fijos al circuito magnético. Este tipo deberá especificarse en caso de requerirse transformadores de corriente de 115 kV entre fases o más, con devanado de relación simple. c) Tipo de aislamiento Dependiendo de la tensión nominal de operación los transformadores de corriente pueden tener tres tipos de aislamiento: Aire (0-600 V) Resina epóxica (0-34.5 kV) Aceite (85-400 kV) Para media tensión, los transformadores para servicio interior son fabricados con aislamiento en resina sintética, los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con aislamiento aceite porcelana, aunque también se fabrican con aislamiento en seco, se debe especificar preferentemente los primeros, dado que los aislamientos a base de resinas epóxicas al ser expuestos a condiciones ambientales extremas han presentado grietas causadas por envejecimiento prematuro de los materiales usados, ocasionando fallas del equipo lo que representa un gran riesgo para las instalaciones. d) Número de devanados El devanado primario puede tener relación de transformación simple y doble, en algunos casos especiales hasta relación triple, la decisión de tener una relación de transformación simple o doble, obedece por lo general a los aspectos de expansión o crecimiento de la instalación eléctrica de que se trate. Los diversos valores de los transformadores de relación doble o triple se obtienen mediante conexiones serie-paralelo. Los transformadores de corriente pueden solicitarse con uno, dos, tres y hasta cuatro devanados secundarios con circuito magnético independiente y devanado primario común; el hecho de tener circuitos magnéticos independientes permite asignar una función específica a cada devanado sin que la operación de uno afecte a los otros, prácticamente se comportan como transformadores independientes, siempre se deberá indicar el uso específico de cada devanado (medición o protección o ambos). 7.4.2 Transformador de potencial a) Tipo de servicio Al igual que los transformadores de corriente, los de potencial se clasifican en: Servicio interior y servicio intemperie.

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b) Tipo de construcción El tipo de construcción en transformadores de potencial debe ser en base a devanados primarios y secundarios en un circuito magnético. c) Tipo de aislamiento Los transformadores de potencial se fabrican con tres tipos de aislamiento: En aire (0-600 V) En resina epóxica (0-34.5 kV) En aceite con envolvente de porcelana (85-400 kV) Dependiendo de la tensión nominal de operación y del tipo de servicio, deberán seleccionarse, para bajas tensiones y servicio interior, los de aislamiento en aire y los de resinas epóxicas pero por regla general, para sistemas cuya tensión nominal entre fases sea 85 kV o más, se deberán especificar transformadores de potencial sumergidos en aceite y con envolvente de porcelana. 7.5 CONDICIONES AMBIENTALES 7.5.1 Transformador de corriente a) Temperatura ambiente de operación Se consideran dos clases de temperatura ambiente: 1) 30ºC promedio, para un período de 24 horas, con un máximo de 40ºC. 2) 55ºC como promedio, para el interior de tableros. La temperatura mínima para transformadores tipo intemperie es de 25ºC y para transformadores tipo interior de -5ºC. Si la temperatura ambiente del lugar de utilización del transformador sobrepasa los valores indicados, el incremento de temperatura dado en la tabla. 7.8.8 (ver pág. 3) debe reducirse proporcionalmente al exceso de temperatura ambiente. b) Altitud de operación Los transformadores de corriente deben de diseñarse para operar a una altitud de 1000 metros sobre el nivel del mar. En caso de que en la hoja de datos se indique una altitud mayor, deben hacerse las correcciones apropiadas de acuerdo a los factores de corrección de la tabla 7.8.11 (ver pág. 35). c) Condiciones especiales Existen algunas condiciones especiales de servicio que deben tomarse en cuenta en la selección de los transformadores. Ejemplo de dichas condiciones son: 1) Temperaturas ambientales, mayores a las ya especificadas.

158

2) Humo o vapores dañinos, polvo excesivo o abrasivo, mezclas explosivas de polvo o gas, vapor, partículas de sales, humedad excesiva o goteo. 3) Condiciones inadecuadas de transporte o almacenaje. 4) Vibraciones excesivas, choques o golpeteo. 5) Limitaciones de espacio y ventilación. Para cuando trabaja un transformador en altitudes superiores a 1000 m. sobre el nivel del mar se aplica la tabla.7.8.9 (ver pág. 34). 7.5.2 Transformador de potencial a) Temperatura ambiente Se consideran dos clases de temperatura ambiente: 1) Para un período de 24 horas un promedio de (30ºC) y un máximo de 40ºC. 2) Para el interior de los tableros un promedio de 55ºC. b) Altitud de operación Los transformadores de potencial deben de diseñarse para operar a una altitud de 1000 m. sobre el nivel del mar. En caso de que en la hoja de datos se indique una altitud mayor, deben hacerse las correcciones apropiadas de acuerdo a los factores de corrección de la tabla 7.8.11. c) Condiciones especiales 1) La máxima elevación de temperatura, sobre la temperatura ambiente, de los transformadores de potencial, no debe exceder de un valor dado en la tabla. 7.8.10 según la clase de aislamiento, cuando el transformador trabaja con una carga correspondiente a la capacidad térmica especificada, a frecuencia nominal y al 110% de la tensión nominal. 2) Temperatura mínima de trabajo. La temperatura de trabajo es la generada en el interior de los transformadores de potencial y por lo tanto excede la del medio ambiente. Los transformadores de potencial deben trabajar satisfactoriamente a las siguientes temperaturas mínimas: Transformadores tipo intemperie 25ºC. Transformadores tipo interior 5ºC. 3) Humos o vapores dañinos, polvo excesivo o abrasivo, mezclas explosivas de polvo o gases, vapor, partículas de sales, humedad excesivo o goteo. 4) Vibraciones excesivas, choques o golpeteo. 5) Condiciones inadecuadas de transporte o almacenaje.

159

7.6 RECOMENDACIONES Clase de precisión Para las mediciones industriales y puramente inductivas de vóltmetros y amperímetros, las clases 1, 1.2, 3 y 5, son siempre suficientes. En algunos casos, la clase 0.5 ó 0.6, es utilizado cuando se trata de instrumentos más precisos. Para las mediciones de energía, las clases 0.2 ó 0.3, 0.5 ó 0.6, son las más comúnmente utilizadas; se emplea la clase 0.2 y 0.3, en los casos de instalaciones de gran potencia, donde dicha clase se justifica. Para transformadores de corriente empleados en la alimentación de sistemas de protección, las clases de precisión 5 y 10, son utilizadas con valores definidos de factores de sobrecarga. Instalación Al seleccionar el transformador de corriente de acuerdo al tipo de instalación (interior o intemperie) se debe de tomar en cuenta algunos elementos particulares, como pueden ser: posición, altura, mantenimiento previsto, etc. Tensión nominal de aislamiento La tensión nominal de aislamiento de un TC, debe ser cuando menos igual a la tensión más elevada del sistema en que se utilice. La elevación de la tensión nominal de aislamiento depende igualmente de las condiciones especiales de la instalación elegida. En climas salinosos, tropicales, con neblina o instalaciones a altitudes superiores de 1000 metros, se deberá prever un nivel de aislamiento superior.

160

7.7 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES 7.7.1 Hoja de datos para transformadores de corriente

Altitud de operación Ver punto 7.5.1 Temperatura máxima en devanados Ver tabla 7.8.8 Temperatura ambiente de operación Ver punto 7.5.1 Condiciones especiales de servicio Ver punto 7.5.1 Cantidad de transformadores de corriente Tipo de construcción Ver punto 7.4.1 Corriente nominal secundaria Ver tabla 7.8.3 Corriente nominal primaria: Relación simple

Ver punto 7.3.2

Doble relación Ver tabla 7.8.1,7.8.2 Relación de transformación Ver tabla 7.8.1, 7.8.2 Corriente de corto circuito Ver punto 7.3.2 Carga nominal Ver tabla 7.8.3 Número de devanados (núcleos): Medición

Ver punto 7.4.1

Protección Ver punto 7.4.1 Clase de precisión: Medición

Ver punto 7.3.2

Protección Ver tabla 7.8.5 Conectores terminales de línea Nivel básico al impulso Ver punto 7.3.2

Ver tabla 7.8.4 Tipo de servicio Ver punto 7.4.1

7.7.2 Hoja de datos para transformadores de potencial Altitud de operación Ver punto 7.5.2 Temperatura máxima en devanados Ver tabla 7.8.10 Temperatura ambiente de operación Ver punto 7.5.2 Condiciones especiales de servicio Ver punto 7.5 Cantidad de transformadores de potencial Clase de aislamiento Ver tabla 7.8.6 Tensión nominal de fase a tierra lado primario Ver punto 7.3.3

Ver tabla 7.8.6 Tensión nominal entre fases, lado primario Ver 7.3.3

Ver tabla 7.8.6 Número de devanados secundarios Tensión del devanado secundario Ver punto 7.3.3 Factor de sobretensión Ver tabla 7.8.6 Relación de transformación Ver punto 7.3.3

Ver tabla 78.6 Carga y clase de precisión Ver punto 7.3.3

Ver tabla 7.8.7 Capacidad térmica nominal Ver punto 7.3.3 Capacidad de corto circuito Ver punto 7.3.3 Conexión preferible del transformador Ver tabla 7.8.6 Conectores terminales de línea: para recibir cable o barra

para llegada de cable o barra Nivel básico de aislamiento al impulso Ver tabla 7.8.6 Tipo de servicio Ver punto 7.4.2

161

Tipo de construcción Ver punto 7.4.2 Tipo de aislamiento Ver punto 7.4.2

7.8 TABLAS

Tabla 7.8.1 Clasificación de transformadores de corriente con una o dos relaciones

(REFERENCIA: NMX-J-109-1977) RELACIÓN SIMPLE RELACIÓN DOBLE

5:5 10:5 15:5 20:5 25:5 30:5 40:5 50:5 75:5

100:5

150:5 200:5 250:5 300:5 400:5 500:5 600:5 800:5 1000:5 1200:5

1500:5 1600:5 2000:5 2500:5 3000:5 4000:5* 5000:5* 6000:5* 8000:5* 12000:5*

5 x 10:5 10 x 20:5 15 x 20:5 25 x 50:5 50 x 100:5 75 x 150:5

100 x 200:5 150 x 300:5

200 x 400:5 300 x 600:5 400 x 800:5 500 x 1000:5 600 x 1200:5

1000 x 2000:5 2000 x 4000:5*

* Consultar disponibilidad con el fabricante.

Tabla 7.8.2 Corrientes nominales primarias y relaciones de transformación normalizadas para, transformadores de corriente

(REFERENCIA: ANSI/IEEE STD 242-1986)

TRANSFORMADORES TIPO BOQUILLA Rango de corriente

Taps. secundaria

Rango de corriente

Taps. secundaria

Rango de corriente

Taps. secundaria

600:5 1200:5 2000:5 50:5

100:5 150:5 200:5 250:5 300:5 400:5 450:5 500:5 600:5

X2 - X3 X1 - X2 X1 - X3 X4 - X5 X3 - X4 X2 - X4 X1 - X4 X3 - X5 X2 - X5 X1 - X5

100:5 200:5 300:5 400:5 500:5 600:5 800:5 900:5 1000:5 1200:5


300:5 400:5 500:5 800:5 1100:5 1200:5 1500:5 1600:5 2000:5

X3 - X4 X1 - X2 X4 - X5 X2 - X3 X2 - X4 X1 - X3 X1 - X4 X2 - X5 X1 - X5

3000:5 4000:5 5000:5 300:5 500:5 800:5 1000:5 1200:5 1500:5 2000:5 2200:5 2500:5 3000:5


500:5 1000:5 1500:5 2000:5 2500:5 3000:5 3500:5 4000:5

X1 - X2 X3 - X4 X2 - X3 X1 - X3 X2 - X4 X1 - X4 X2 - X5 X1 - X5

500:5 1000:5 1500:5 2000:5 2500:5 3000:5 3500:5 4000:5 5000:5

X2 - X3 X4 - X5 X1 - X2 X3 - X4 X2 - X4 X3 - X5 X2 - X5 X1 - X4 X1 - X5

162

Tabla 7.8.3 Cargas nominales para transformadores con corriente nominal secundaria de 5 y 1a, a frecuencia de 50 y 60 hz


CARACTERÍSTICAS DE LAS CARGAS NOMINALES

DESIGNACIÓ

N

CARGA

NOMINAL A

60 HZ

CARGA

EQUIVALENT

E A 50 HZ

FACTOR DE

POTENCIA

Resistencia Ω Inductancia ,

mH

Impedancia Ω

60

Hz

50 Hz 5A 1A 5A 1A 5A 1A

60 Hz 50 Hz 60 Hz 50 Hz

B-0.1 2.5 2.43 0.9 0.93 0.09 2.25 0.116 2.9 0.1 0.097 2.5 2.43

B-0.2 5.0 4.86 0.9 0.93 0.18 4.50 0.232 5.8 0.2 0.194 5.0 4.86

B-0.5 12.5 12.14 0.9 0.93 0.45 11.25 0.580 14.5 0.5 0.486 12.5 12.14

B-1 25.0 22.0 0.5 0.57 0.5 12.5 2.3 57.5 1.0 0.879 25 22.0

B-2 50.0 44.0 0.5 0.57 1.0 25.0 4.6 115.0 2.0 1.757 50 44.0

B-4 100.0 88.0 0.5 0.57 2.0 50.0 9.2 230.0 4.0 3.515 100 88.0

B-8 200.0 176.0 0.5 0.57 4.2 100.0 18.4 460.0 8.0 7.030 200 176.0 Nota.- Para corrientes secundarias distintas de las tabuladas, las características de las cargas deben variarse en proporción directa al cuadrado de la relación de la corriente tabulada entre la corriente nominal en cuestión, a fin de conservar los volts-amperes nominales y el factor de potencia.

163

Tabla 7.8.4 Nivel nominal de aislamiento y pruebas dieléctricas, en transformadores de corriente


CLASE DE

TENSIÓN APLICADA

NBI ONDA

ONDA CORTA

AISLAMIENTO (KV)

A FRECUENCIA NOMINAL

(KV)

PLENA (KV CRESTA)

KV de cresta

Tiempo mínimo de

arqueo (μ seg)

0.6 4 10 12 ---- 1.2 10 30 36 1 25 15 45 54 1-5 5 19 60 69 1.5

8.7 26 75 88 1.6 15L 34 95 110 1.8 15H 34 110 130 2 18 40 125 145 2.25 25 50 150 175 3

34.5 70 200 230 3 46 95 250 290 3 69 140 350 400 3 92 185 450 520 3 115 230 550 630 3 138 275 650 750 3 161 325 750 865 3 180 360 825 950 3 196 395 900 1.035 3 215 430 975 1,120 3 230 460 1,050 1,210 3 260 520 1,175 1,350 3 287 575 1,300 1,500 3 315 630 1,425 1,640 3 345 690 1,550 1,780 3 375 750 1,675 1,925 3 400 800 1,800 2,070 3 430 860 1,925 2,200 3 460 920 2,050 2,360 3 490 980 2,175 2,500 3 520 1,040 2,300 2,650 3 545 1,090 2,425 2,800 3

164

Tabla 7.8.5 Clase de precisión para protección, en transformadores de corriente (REFERENCIA: NMX-J-109-1977)

CLASIFICACIÓN DE LA PRECISIÓN,

PARA PROTECCIÓN

TENSIÓN SECUNDARIA

EN VOLTS

CARGA

NORMALIZADA

C T

C 10 T 10 10 B 0.1

C 20 T 20 20 B 0.2

C 50 T 50 50 B 0.5

C 100 T 100 100 B 1.0

C 200 T 200 200 B 2.0

C 400 T 400 400 B 4.0

C 800 T 800 800 B 8.0 NOTAS: 1. Las tensiones nominales secundarias, están basadas en una corriente nominal de 5 Amperes y en las cargas normalizadas. 2. La clasificación “C”, cubre transformadores de corriente tipo toroidal o dona, con el devanado secundario uniformemente distribuido y cualquier otro transformador en que el flujo de dispersión en el núcleo tiene un efecto despreciable sobre el error de relación, dentro de los límites de corriente y carga establecidos en esta norma. 3. La clasificación “T”, cubre los transformadores en los que el flujo disperso tiene un efecto apreciable el error de relación. 4. La clasificación de la precisión para protección, en transformadores tipo boquilla, con relación múltiple y derivaciones en el secundario, se aplica solamente cuando se usa el devanado completo.

165

Tabla 7.8.6 Niveles nominales de aislamiento, relaciones de transformación preferentes, tensiones primarias nominales preferentes, pruebas y niveles básicos de aislamiento al impulso para transformadores de potencial


Datos de placa Pruebas Dieléctricas Niveles Relaciones de Tensiones Tensión Conexión Prueba de Tensión de Impulso

Nominales de Transformación Nominales Usual del Preferible del Tensión Onda Cortada Nivel Básico de Aislamiento Preferentes Primarias

Preferentes Circuito Transformador Aplicada a

Frecuencia Nominal 60 Hz

Cresta

Tiempo Mínimo de

Arqueo

Aislamiento al impulso y Onda

plana * kV --- Volts Volts --- kV

Eficaces kV

Eficaces μs kV

Cresta Columna

1 Columna

2 Columna

3 Columna

4 Columna

5 Columna

6 Columna

7 Columna

8 Columna

9

Grupo 1 0.6 a 15 kV, Aislamiento Completo, Límite de Tensión Υ= √ 3 x Límite de Tensión Δ

1:1 120/208 Υ 120 208

Δ ó Υ Soló Υ

4 12 1.0 10

0.6 2:1 240/416 Υ 240 416

Δ ó Υ Soló Υ

4 12 1.0 10

2.5:1 300/520 Υ 300 520

Δ ó Υ Soló Υ

4 12 1.0 10

1:1 120/208 Υ 120 208

Δ ó Υ Solo Υ

10 36 1.0 30

2:1 240/416 Υ 240 416

Δ ó Υ Solo Υ

10 36 1.0 30

1.2 2.5:1 300/520 Υ 300 520

Δ ó Υ Solo Υ

10 36 1.0 30

4:1 480/832 Υ 480 832

Δ ó Υ Solo Υ

10 36 1.0 30

166


25 34.5 46

200:1 300:1 400:1

24000/24000

Y 34500/34500

Y 46000/46000

Y

24000 34500 46000

Δ ó Υ Δ ó Υ Δ ó Υ

50 70 95

175 230 290

3.0 3.0 3.0

150 200 250

69

600:1

49000/49000

Y

69000

Δ ó Υ

140

400

3.0

350

Grupo 3 25 a 345 kV Aislamiento Reducido para Conectar una Terminal Directamente a Tierra

25

34.5 46

120 & 200:1 175 & 300:1 240 & 400:1

14400 para

25000 Y 20125 para

34500 Y 27600 para

46000 Y

24000 34500 46000

Solo Υ Solo Y Solo Y

50 70 95

175 230 290

3.0 3.0 3.0

150 200 250

69 92 115

350 & 600:1 800 & 800:1 600 & 1000:1

40250 para

69000 Y 55200 para

92000 Y 69000 para 115000 Y

69000 85000 115000

Solo Y Solo Y Solo Y

140 185

400 520 630

3.0 3.0 3.0

350 450 550

138 161 196

700 & 1200:1 800 & 1400:1 1000 & 1700:1

80500 para 138000 Y

92000 para 161000 Y

115000 para 196000 Y

138000 161000 196000


275 325 383

750 865 1035

3.0 3.0 3.0

650 750 900

230 287 345

1200 & 2000:1 1500 & 2500:1 1800 & 3000:1

138000 para

280000 Y 172500 para

287000 Y 202000 para

345000 Y

230000 287000 345000


460 573 690

1210 1500 1785

3.0 3.0 3.0

1050 1300 1550

167


1.2

5:1

600/1040 Y

600 1040

Δ ó Υ Solo Y

10

3.6

1.0

30

5.0

20:1

2400/4160 Y

2400 4160

Δ ó Υ Solo Y

19

69

1.5

60

8.7

35:1

4200/7280 Y

42000 7280

Δ ó Υ Solo Y

26

88

1.6

75

40:1

4600/8320 Y

4000 8320

Δ ó Υ Solo Y

26

88

1.6

75

15 L

60:1

7200/12470 Y

72000 12470

Δ ó Υ Solo Y

34

110

1.8

95

70:1

8400/14560 Y

8400 14560

Δ ó Υ Solo Y

34

110

1.8

95

15 H

60:1

7200/12470 Y

7200 12470

Δ ó Υ Solo Y

34

130

2.0

110

70:1 8400/14560 Y

8400 14560

Δ ó Υ Solo Y

34

130

2.0

110

Grupo 2 0.6 a 69 kV, Aislamiento Completo, Límite de Tensión Y o Límite de tensión Δ

0.4

1:1 2:1

2.5:1 4:1 5:1

120/120 Y 240/240 Y 300/300 Y 480/480 Y 600/600 Y

120 240 300 480 600

Δ ó Υ Δ ó Υ Δ ó Υ Δ ó Υ Δ ó Υ

4 4 4 4 4

12 12 12 12 12

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

10 10 10 10 10

2.5 5.0 8.7

20:1 40:1 60:1

2400/2400 Y 4800/4800 Y 7200/7200 Y

2400 4800 7200

Δ ó Υ Δ ó Υ Δ ó Υ

15 19 26

54 69 88

1.25 1.5 1.6

45 60 75

15 L 100:1 120:1

12000/12000 Y

14400/14400 Y

12000 14400

Δ ó Υ Δ ó Υ

34 34

110 110

1.8 1.8

95 95

168

Tabla 7.8.7 Cargas nominales de precisión usuales para transformadores de potencial con tensión secundaria nominal de 120 y 69.3 volts (REFERENCIA: NMX-J-168-1980)

Carga nominal

de precisión.

(Voltamperes)

Designación

equivalente

Factor de

Potencia

Características de las cargas de precisión

120 volts 69.3 volts

Resistencia

Ohms

Reactancia

Ohms

Corriente

Amperes

Resistencia

Ohms

Reactancia

Ohms

Corriente

Amperes

12.5 W 0.1 115.2 1146.2 0.104 38.4 38.2 0.18

35.0 X 0.7 403.2 411.26 0.208 134.4 137.08 0.36

75.0 Y 0.85 163.2 100.99 0.625 54.4 33.66 1.082

200.0 Z 0.85 61.2 37.87 1.67 20.4 12.62 2.886

400.0 ZZ 0.85 30.6 18.94 3.33 10.2 6.31 5.762

169

Tabla 7.8.8 Límite del incremento de temperatura en los devanados, según su clase de aislamiento, referidos a una altura de 1000 m. sobre el nivel del mar,

en transformadores de corriente (REFERENCIA: NMX-J-109-1977)

Clase de aislamiento Límites del incremento de

Temperatura (ºC) Todos los tipos con devanados sumergidos en aceite (clase de

aislamiento 105)

55

Todos los tipos con devanados sumergidos en compuesto asfáltico

(clase de aislamiento 90)

45

90 45 105 80 120 75 130 85 155 110 180 135

más de 180 más de 135

Tabla 7.8.9 Factores de corrección para las elevaciones de temperatura en altitudes superiores a 1000 m. sobre el nivel del mar, en transformadores de

corriente. (REFERENCIA: NMX-J-109-1977)

Altitud

m. Factores de corrección Altitud m Factor de corrección

Transforma

dores en aceite

Transforma dores en

seco

Transforma dores en

aceite

Transforma dores en

seco 1100 0.996 0.995 2100 0.956 0.945 1200 0.992 0.990 2200 0.952 0.940 1300 0.988 0.985 2300 0.948 0.935 1400 0.984 0.980 2400 0.944 0.930 1500 0.980 0.975 2500 0.940 0.925 1600 0.976 0.970 2600 0.936 0.920 1700 0.972 0.965 2700 0.932 0.915 1800 0.968 0.960 2800 0.928 0.910 1900 0.964 0.955 2900 0.924 0.905 2000 0.960 0.950 3000 0.920 0.900

170

Tabla 7.8.10 Máxima elevación de temperatura en los devanados según su clase de aislamiento referida a una altura de 1 000 metros sobre el nivel del mar

(transformadores de potencial) (REFERENCIA: NMX-J-168-1980)

Clase de

aislamiento

Temperatura ambiente 30 ºC Temperatura ambiente 55 ºC

Temperatura

promedio ºC

Temp. punto más

caliente ºC

Temperatura

promedio ºC

Temp. punto más

caliente ºC

Clase 105

sumergidos en

aceite

55 65 30 40

Clase 105 tipo seco 55 65 30 40

Clase 130 tipo seco 80 110 55 85

Tabla 7.8.11 Factores de corrección para altitudes mayores a los 1000 msnm (REFERENCIA: IEEE C57.13-1993)

≥ 1000 msnm Factores de corrección

1000 1.00 1200 0.98 1500 0.95 1800 0.92 2100 0.89 2400 0.86 2700 0.83 3000 0.80 3600 0.75 4200 0.70 4500 0.67

171

Tabla 7.8.12 Consumos propios de los aparatos alimentados por transformadores de corriente

(REFERENCIA: INFORMACION DE FABRICANTE)

Aparatos Modelo Consumo en VA para

la intensidad nominal

Frecuencia 60 cps.

Watthorímetros 0.5 a 1.5

Wattmetros de tablero A inducción 1.5 a 3

Electrodinámico 4 a 5

Wattmetros registradores A inducción 1.5 a 2



Wattmetros portátiles 1.5 a 3

Wattmetrosde laboratorio 6 a 16

Mediciones de defasaje 10 a 18

Fasómetros

Relevadores De corriente máxima con atraso

independiente

3 a 10

Relevadores especiales de

corriente máxima, con atraso

independiente.

15 a 25

De máxima instantánea 1 a 10

Direccional 1.5 a 10

Diferencial compensado 1.6 a 10

Diferencial 3 a 12

A mínima de impedancia 0.5 a 2

De distancia 6 a 20

Según modelo 10 a 150

172

Tabla 7.8.13 Consumos propios de aparatos alimentados por transformadores de potencial


Aparatos Consumo aproximado en VA

Vóltmetros

Indicadores 3.5 ----15

Registradores 15 ----- 25

Wattmetros

Indicadores 6 ---- 10

Registradores 5 ---- 12

Medidores de fase

Indicadores 7---- 20

Registradores 15 --20

Watthorímetros 3 ---- 15

Frecuenciómetros

Indicadores 1 ---- 15

Registradores 7 ---- 15

Relevadores de tensión 10 ---- 15

Relevadores selectivos 2 ------ 10

Relevadores direccionales 25 ---- 40

Sincronoscopios 6 ------ 25

Reguladores de tensión 30 ---- 250

173

7.9 FIGURAS

Figura 7.9.1 Límite de factor de corrección de la relación fcr y del error de fase,

para la clase 0.3 en transformadores de corriente (REFERENCIA: NMX-J-109-1977)

174

Figura 7.9.2 Límite de factor de corrección de la relación fcr y del error de fase , para la clase 0.6 en transformadores de corriente


175

Figura 7.9.3 Límite de factor de corrección de la relación fcr y del error de fase , para la clase 1.2 en transformadores de corriente


176

Figura 7.9.4 Clase de precisión nominales para transformadores de potencial utilizados en medición


177

8. SELECCIÓN DE APARTARRAYOS 8.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que se deben considerar para seleccionar adecuadamente los apartarrayos, del tipo distribución, con tensiones 4.16 a 34.5 kV. 8.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Para la selección de un apartarrayos es necesario considerar los siguientes aspectos. 8.2.1 Normas Los apartarrayos son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en el capítulo 14 de especificaciones de apartarrayos. 8.2.2 Tensión nominal Es el valor de tensión a la que está diseñado el apartarrayos para operar en caso de falla, los valores para cada nivel de tensión de operación se indican en la tabla 8.7.1 (ver pág. 9). 8.2.3 Tensión máxima continua de operación Es la tensión permanente máxima que soporta el apartarrayos sin sufrir ningún daño y no debe exceder nunca la tensión máxima de diseño los valores se muestran en la tabla 8.7.1 (ver pág. 9). 8.2.4 Tensión máxima a la descarga Es el valor máximo de la tensión que aparece en las terminales del apartarrayos durante la descarga de la corriente de falla, los valores se muestran en la tabla 8.7.2 (ver pág. 10). 8.2.5 Nivel básico al impulso Valor cresta de un impulso típico o estándar que el aislamiento soporta sin ruptura y sin exhibir daños permanentes al ser expuesto a dicho impulso un número determinado de veces. El nivel básico al impulso para los apartarrayos con tensión nominal de 9 a 30 kV se indica en la tabla 8.7.3 (ver pág. 11). 8.2.6 Tensiones de prueba a frecuencia nominal Los apartarrayos deben de soportar, sin flameo, las pruebas de frecuencia nominal en seco y en húmedo, cuyos valores de tensión se indican en la tabla 8.7.3 (ver pág. 11).

178

8.2.7 Altitud Los apartarrayos por norma están diseñados para operar a una altitud de 1000 msnm. En caso de que en la hoja de datos se indique una altura de operación mayor de 1000 msnm, se deben suministrar aparatarrayos para operar satisfactoriamente a una altitud entre 1000 y 3000 msnm. Los factores de corrección al nivel básico al impulso para alturas mayores de 1000 msnm, se indican en la tabla 8.7.4 (ver pág. 12). 8.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN Se requiere conocer la siguiente información: Tensión nominal del sistema Tensión máxima del sistema Forma de conexión a tierra de los neutros del sistema Tipo de servicio Temperatura ambiente Altitud De acuerdo al tipo de contaminación del sitio, se tendrá la distancia de fuga del aislador. Los valores se indican en la tabla 8.7.5 (ver pág. 12). 8.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES Debe conocerse lo siguiente: 8.4.1 Temperatura El apartarrayos debe estar diseñado para operar satisfactoriamente dentro de un rango de temperatura ambiente de -10ºC a +40ºC. 8.4.2 Altitud Altura sobre el nivel del mar a la que trabajará el apartarrayos en metros. 8.4.3 Tipo de atmósfera La IEC considera cuatro tipos de atmósfera, siendo estas las siguientes: Clase I (contaminación baja).- Corresponde a niveles bajos de contaminación, esta contaminación es generalmente natural (excepto la marina) o por pequeñas industrias. En las regiones sujetas a este nivel de contaminación, los flameos ocurren principalmente en tiempos climatológicos neblinosos o en la salida del sol debido a la condensación. Clase II (contaminación media).- Corresponde a un apreciable nivel de contaminación encontrado principalmente alrededor del centro de poca industria, en zonas retiradas del mar (aproximadamente 10 Km de litoral), con una densidad vehicular media y zonas de cultivo en donde se usan plagísidas y fertilizantes.

179

Clase III (contaminación fuerte).- Corresponde a varias áreas locales en donde existe simultáneamente contaminaciones fuertes ya sea marina o industrial. En esta clase se incluye zonas cercanas al mar hasta un kilómetro de litoral que están sujetas al efecto de la niebla salina. También se incluyen industrias cementeras y zonas urbanas con alta densidad vehicular. Clase IV (contaminación extrafuerte).- Corresponde a áreas donde el nivel de contaminación es excepcionalmente alto, son zonas en donde se presentan combinaciones de los elementos contaminantes, por ejemplo, zonas industriales cercanas al mar o zonas cementeras en zonas industriales, etc. 8.5 RECOMENDACIONES Un factor importante en la selección de un apartarrayos es conocer como está conectado el sistema de distribución a tierra. 8.5.1 Clasificación de sistemas por su conexión a tierra De acuerdo con la conexión a tierra del neutro de los sistemas eléctricos que se presentan se tiene la siguiente clasificación: Sistemas clase A.- Los sistemas de este tipo son trifásicos 4 hilos, multiaterrizados a lo largo del circuito, en donde el factor de conexión a tierra “Ke” es igual 0.75. Sistemas clase B.- Sistemas sólidamente aterrizados, en los que X0/X1 <3, R0/X1 <1 y Ke = 0.8. Sistemas clase C.- Sistemas con neutro aterrizado, en los que no se cumplen las relaciones de los sistemas clase B. Emplean generalmente impedancia conectados del neutro a tierra para disminuir la magnitud de las corrientes de cortocircuito monofásico. Los sistemas que tienen neutralizadores de fase a tierra se incluyen en esta categoría. En este sistema X0/X1 tiene valores de entre 3 y 8, R0/R1 de entre 1 a 8 y es el Ke entre 1.0 y 1.5. Sistemas clase D.- Sistemas con neutro aislado en los que X0/X1 tiene valores entre -40 a 8 y el Keentre 1.10 y 2.03. Sistemas clase E.- Sistemas con neutro aislado en los que X0/X1 tiene valores entre 0 a -40. 8.5.2 Selección de la tensión nominal del apartarrayos El valor de la tensión nominal o de designación del apartarrayos en una primera aproximación se calcula como:

Vn = Ke Vmáx. donde:

Vn : Tensión nominal del apartarrayos

180

Ke : Factor de aterrizamiento del sistema Vmáx : Tensión máxima del sistema

El factor Ke es importante conocerlo con precisión, ya que éste determinará las características del apartarrayos. 8.5.3 Características eléctricas del apartarrayos Una vez definida la tensión nominal del apartarrayos, las características eléctricas de nivel básico al impulso, tensión máxima de descarga, pruebas de tensión a frecuencia comercial, etc., están determinadas por las normas y los valores se muestran en las tablas correspondientes. 8.5.4 Condiciones del sitio Los datos de altitud, temperatura y contaminación deberán obtenerse para los casos en que no se tengan los datos especificados del sitio en particular, se tomarán como buenos los datos regionales en donde se localiza. 8.5.5 Conectores Todos los apartarrayos deben contar con dos conectores terminales, uno para conexión a la línea tipo 4 que cumpla con la norma NEMA CC-1 y otro para conexión a tierra. a) El conector para conexión a la línea debe ser para recibir cables de aluminio tipo ASCR del calibre indicado en la hoja de datos. Este conector debe ser bimetálico cuando se indique en la hoja de datos. b) El conector para conexión a tierra debe ser para recibir un cable de cobre calibre 4/0 AWG. 8.5.6 Montaje El fabricante proveerá los accesorios necesarios para atornillarse a superficies planas; cuando así se requiera deberán proveerse los accesorios para montaje en suspensión. Los apartarrayos secundarios se proveerán para montaje con colgadores o abrazaderas.

181

8.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES

Tipo de servicio

Tensión nominal del apartarrayos Ver tabla 8.7.1

Tensión nominal entre fases del sistema Ver tabla 8.7.1

Tensión máxima continua de operación Ver tabla 8.7.1

Tensión máxima a la descarga Ver punto 8.2.4 y

tabla 8.7.2

Altitud de operación Ver puntos 8.2.7 y 8.4.2 y tabla

8.7.4

Temperatura máxima de operación Ver punto 8.4.1

Temperatura mínima de operación Ver punto 8.4.1

Temperatura promedio de operación Ver punto 8.4.1


Distancia de fuga de la porcelana Ver tabla 8.7.5

Montaje Ver punto 8.5.6

Herrajes para montaje

Conectores para recibir cables:

Conexión a línea Ver punto 8.5.5

Conexión a tierra Ver punto 8.5.5

Material Ver punto 8.5.5

Calibre (AWG o MCM)

Nivel básico al impulso onda de 1.2X50μs Ver punto 8.2.5 y

tabla 8.7.3

182

8.7 TABLAS Tabla 8.7.1 Tensiones para apartarrayos

(REFERENCIA: IEEE-std-C62.11-1993)

TENSIÓN NOMINAL DEL

SISTEMA F-F

(kV rmc)

TENSIÓN NOMINAL DEL

APARTARRAYOS

(kV rmc)

TENSIÓN MÁXIMA CONTINUA QUE

SOPORTA EL

APARTARRAYOS F-T

(kV rmc)

7.4 9 7.65

13.2

10 12 15 18

8.40 10.20 12.70 15.30

23

15 18 21 24 27

12.70 15.30 17.00 19.50 22.00

34.5

27 30 36

22.00 24.40 29.00

Tabla 8.7.2 Características eléctricas del apartarrayos

(REFERENCIA: IEEE std. 141-1993)

TENSIÓN NOMINAL

DEL SISTEMA kV(rmc)

TENSIÓN MÁXIMA

CONTINUA QUE SOPORTA EL

APARTARRAYOS

kV(rmc)

TENSIÓN MÁXIMA A LA DESCARGA PARA IMPULSOS

DE CORRIENTE DE 8 X 20 μS (kV cresta)

1.5 kA 3 kA 5 kA 10 kA 20 kA 40 kA 7.4 9.0 22 23.5 25 26 31.5 38

13.2

10 12 15 18

24.5 30.0 37.0 44.5

28.0 31.5 39.5 48.0

27.5 34.0 42.0 50.0

29.0 35.5 44.0 52.0

35.0 42.0 52.5 63.0

42.0 51.0 63.5 77.0

23

15 18 21 24 27

37.0 44.5 49.5 57.0 64.0

39.5 48.0 53.5 60.0 68.5

42.0 50.0 56.0 65.0 72.0

44.0 52.0 59.0 67.0 76.0

52.5 63.0 70.5 81.0 91.0

63.5 77.0 95.5 98.0

110.0

34.5

27 30 36

64.0 71.0 84.0

68.5 76.0 91.0

72.0 80.0 96.5

76.0 84.5

101.0

91.0 101.0 121.0

110.0 122.0 145.0

183

Tabla 8.7.3 Tensiones de prueba y nbi (REFERENCIA: IEEE std C62.11-1993)

TENSIÓN NOMINAL

PRUEBA AL

IMPULSO

PRUEBA DE TENSIÓN

CA, 60 Hz APARTARRAYO

S (kV)

1.2 x 50 μs kV(rmc)

En seco 1 mín.

kV(rmc)

En húmedo 10 seg. kV(rmc)

9 75 27 24 10 75 27 24 12 85 31 27 15 95 35 36 18 125 42 36 21 125 42 36 24 125 42 36 27 150 70 60 30 150 70 60 36 150 70 60

Tabla 8.7.4 Factores De Corrección Por Altitud Para El Nivel Básico Al Impulso


ALTITUD (msnm)

FACTOR DE CORRECCIÓN

1000 1.00 1200 0.98 1500 0.95 1800 0.92 2100 0.89 2400 0.86

Tabla 8.7.5 Distancia de fuga de aisladores


TENSIÓN

NOMINAL

APARTARRAYO

S (kV)

TIPO DE

ATMÓSFERA

CONTAMINACIÓN

DISTANCIA

DE FUGA

(cm/kV)

9-18 Media 2.0 a 2.5

21-30 Media 2.0

9-10 Alta 4.0 a 4.5

12-15 Alta 3.0 a 3.5

18-30 Alta 2.5 a 3.0

184

9. SELECCIÓN DE CORTACIRCUITOS FUSIBLE 9.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que deben tomarse en cuenta para seleccionar adecuadamente un cortacircuitos fusible, para que su operación sea segura y confiable en sistemas de corriente alterna. Los cortacircuitos fusible considerados en este capítulo son para servicio exterior para sistemas, con tensiones de hasta 34.5 kV. 9.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Para la selección de un cortacircuitos fusible es necesario considerar los siguientes aspectos. 9.2.1 Normas Los cortacircuitos fusible son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en el capítulo 15 de especificaciones de cortacircuitos fusible. 9.2.2 Tensión nominal Es la tensión con la que se designa la base de la unidad fusible o la unidad fusible. Los valores para cada nivel de tensión de operación se indican en la tabla 9.7.1 (ver pág. 11). 9.2.3 Tensión de interrupción Es el valor máximo de la tensión instantánea, la cual aparece a través de las terminales de un cortacircuito fusible, durante su operación (interrupción). 9.2.4 Corriente nominal Es la corriente asignada para la base de la unidad fusible que es capaz de conducir continuamente, sin exceder la elevación de temperatura especificada, cuando esté equipada con una unidad fusible de su misma capacidad de corriente nominal, estando conectada al circuito a tensión y frecuencia nominal. 9.2.5 Corriente nominal de interrupción Es el valor especificado en kiloamperes para la capacidad interruptiva de una unidad fusible. Los valores de las corrientes interruptivas se indican en la tabla 9.7.1 (ver pág. 11). 9.2.6 Nivel básico al impulso Un cortacircuito fusible debe ser capaz de soportar sobretensiones transitorias originadas básicamente por descargas atmosféricas en las líneas de alimentación. El valor del nivel básico al impulso se indica en la tabla 9.7.1 (ver pág. 11).

185

9.2.7 Tensiones dieléctricas Los valores de tensiones dieléctricas de prueba que debe soportar un cortacircuito fusible se muestran en la tabla 9.7.2 (ver pág. 12). 9.2.8 Tensiones límite de radio interferencia Los valores límites de radio interferencia un cortacircuito fusible, se indican en la tabla 9.7.3 (ver pág. 13). 9.2.9 Elevación de temperatura La unidad fusible y su base, deben ser capaces de conducir su corriente nominal sin exceder los límites de elevación de temperatura dados en la tabla 9.7.5 (ver pág. 14 y 15). 9.2.10 Capacidad interruptiva Valor de la corriente prospectiva de interrupción, que un cortacircuitos fusible es capaz de interrumpir a una tensión establecida, bajo condiciones prescritas de uso y comportamiento, estos valores se indican en la tabla 9.7.1 (ver pág. 11). 9.2.11 Altitud Los cortacircuitos fusible por norma están diseñados para operar a una altitud de 1000 msnm. En caso de que en la hoja de datos se indique una altura de operación mayor de 1000 msnm, se deben aplicar los factores de corrección que se indican en la tabla 9.7.4 (ver pág. 13). 9.3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN Se requiere conocer la siguiente información: Posición de operación La posición de operación podrá ser: Horizontal Vertical Tensión nominal del sistema Corriente nominal Forma de conexión a tierra de los neutros del sistema Tipo de servicio Intemperie o interior Temperatura ambiente Altitud

186

9.4 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES 9.4.1 Temperatura El cortacircuitos fusible debe estar diseñado para operar satisfactoriamente dentro de un rango de temperatura ambiente de -10ºC a +40ºC. 9.4.2 Altitud Altura sobre el nivel del mar en metros a la que trabajará el cortacircuito fusible. 9.4.3 Tipo de atmósfera Básicamente se consideran dos tipos de atmósfera: De contaminación media Sitios con lluvias intensas, lluvia marina ligera, fertilizantes e irrigación de plágicidas. Los lugares que tienen este tipo de contaminación son: Sitios a más de 50 Km de la costa Campos agrícolas Ciudades sin industrias contaminantes Lugares a más de 30 Km de industrias contaminantes De contaminación alta Son sitios en las costas, hasta 50 Km de éstas, en que se tienen lluvias salinas y alta humedad. Sitios cercanos a plantas que producen carbón, plantas petroquímicas, cementeras y acereras. 9.5 RECOMENDACIONES 9.5.1 Tensión nominal La tensión nominal del eslabón fusible, podrá seleccionarse de acuerdo a lo siguiente: Si se utiliza en un sistema trifásico aterrizado, la tensión nominal de la unidad fusible, debe ser por lo menos igual al 115% de la tensión monofásica más elevada del circuito. Si se utiliza en un sistema trifásico no aterrizado, debe considerarse la posible ocurrencia de una doble falla a tierra, una del lado de la fuente y la otra del lado de la

187

carga del corta circuitosfusible, así como la posibilidad de interrupción de corrientes capacitivas en el caso de una falla monofásica a tierra. 9.5.2 Corriente nominal La corriente nominal mínima de diseño de un cortacircuito fusible es de 100 A, por lo que se pueden emplear para muchas capacidades de transformadores, sin embargo, es necesario calcular la corriente nominal del equipo a proteger, para seleccionar adecuadamente el eslabón fusible. 9.5.3 Eslabón fusible Para la selección del eslabón fusible en el primario de un transformador que alimenta motores se debe considerar. La corriente de arranque del motor mayor y la nominal del equipo alimentado, por lo que:

IF = IARRM + ∑ INE + IR donde:

IF : corriente del eslabón fusible IARRM : corriente de arranque del motor mayor INE : corriente nominal del resto del equipo conectado IR : corriente nominal de la capacidad de reserva

Las corrientes de los motores es necesario referirlos a la tensión del primario. Cuando no se tengan datos de la carga instalada, se pueden emplear los valores mostrados en las tablas 9.7.5 y 9.7.6. Otra opción es en base al artículo 450-3 de la NOM-001-SEMP-1994. a) Transformadores de tensión nominal mayor a 600 V a1) Primario y secundario.- Cada transformador deberá tener dispositivos de protección para el primario y el secundario, de capacidad o ajuste para abrir o no más de los valores anotados en la tabla 9.7.7. a2) Instalaciones supervisadas.- Cuando las condiciones de mantenimiento o supervisión aseguren que solo personal calificado mantendrá y controlará la instalación del transformador, se permitirá protección de sobrecorriente como se especifica en la tabla 9.7.8. b) Transformadores de tensión de 600 V o menos b1) Primario.- Cada transformador se protegerá en el primario con un dispositivo de sobrecorriente individual calibrado o ajustado a no más de 125% de la corriente primaria nominal del transformador.

188

Excepción. Cuando la corriente primaria nominal de un transformador es de 9 amperes o mayor y el 125% de esta corriente no corresponde a la capacidad nominal de un fusible o de un interruptor termomagnético no ajustable, se permitirá el valor nominal próximo más alto indicado. Cuando sea menor de 9A, se permitirá un valor nominal o de ajuste del dispositivo de sobrecorriente no mayor del 167% de la corriente primaria. Para corriente primaria nominal no menor a 24 se permitirá un valor nominal o de ajuste del dispositivo de protección contra sobrecorriente no mayor del 300%. b2) Secundario.- Un transformador de tensión nominal de 600 V o menos, que tenga un dispositivo de sobrecorriente en el secundario, de capacidad o ajuste no mayor de 125% de la corriente nominal del secundario del transformador, no requiere tener un dispositivo de protección individual contra sobrecorriente en el primario, siempre que el dispositivo de sobrecorriente del alimentador primario este calibrado o ajustado a un valor de corriente no mayor que el 250% de la corriente nominal primaria del transformador. 9.5.4 Aisladores Para el tipo de aisladores se debe considerar : La distancia de fuga por el tipo de atmósfera : Contaminación media: 3.5 cm/kV Contaminación alta: 4.5 cm/Kv 9.5.5 Operación La operación será manual, mediante pértiga para abrir o cerrar los cortacircuitos fusible, en falla la operación debe ser automática. 9.5.6 Conectores Para seleccionar adecuadamente los conectores del cortacircuitos fusible, es necesario considerar el material de los conductores de alimentación y carga, así como el calibre de los mismos. 9.5.7 Condiciones del sitio Los datos de altitud, temperatura y contaminación deberán conocerse, para instalaciones exteriores la presión del viento no debe exceder de 700 N/m2. 9.5.8 Nivel básico al impulso Seleccionar de la tabla 9.7.1, de acuerdo a la tensión del cortacircuito fusible y considerando el grado de exposiciones a las sobretensiones por maniobra y por rayos, así como la forma de conectar el neutro a tierra y cuando se aplique; el tipo de dispositivo de protección contra sobretensiones.

189

9.5.9 Tensiones dieléctricas Seleccionar de la tabla 9.7.2, de acuerdo a la tensión del corta circuito fusible. 9.5.10 Tensiones límites de radio interferencia Seleccionar de la tabla 9.7.3. 9.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES

Tensión nominal del sistema Ver tabla 9.7.1

Tensión del cortacircuito fusible Ver tabla 9.7.1

Corriente nominal Ver tabla 9.7.1

Corriente interruptiva simétrica Ver tabla 9.7.1

Frecuencia 60 Hz

Altitud de operación Ver tabla 9.7.4

Ver punto 9.4.2

Temperatura máxima de operación Ver tabla 9.7.6

Ver punto 9.4.1

Temperatura mínima de operación Ver punto 9.4.1

Temperatura promedio de operación Ver punto 9.4.1

Montaje en cruceta


Conectores para recibir cables:

Carga

Calibre del conductor

Alimentador:


Tierra


Material del conductor

Capacidad del listón fusible Ver tabla 9.7.5

Tipo de servicio Ver punto 9.3

190

9.7 TABLAS Tabla 9.7.1 Características eléctricas de cortacircuitos fusible, tipo distribución


TENSIÓN NBAI EN kV

ONDA CORRIENTE

NOMINAL CAPACIDAD

INTERRUPTIVA VALOR

DE X/R *

Nominal

De diseño completa 1.2/50/μs

permanente (rcm)

simétrica kA

13.2 15 95 100 2.8 8 15 95 100 5.5 8 15 95 100 10.6 12 15 95 100 8.0 12 15 95 200 2.8 8 15 95 200 7.1 8 15 95 200 10.6 12 15 95 200 13.2 12

20-23 27 125 100 2.5 8 27 125 100 4.0 12 27 125 100 8.0 12 27 150 100 4.0 12 27 150 100 8.0 12

33 38 150 100 1.3 15 38 150 100 5.0 15 38 200 100 1.3 15

*Los valores de la reactancia (X) y la resistencia son los totales de los elementos del circuito utilizado en la prueba, conectados en serie con el cortacircuitos fusible.

Tabla 9.7.2 Tensión de prueba resistente (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

TENSIONES NO DESTRUCTIVAS MÍNIMAS TENSIÓN DE TERMINAL A TIERRA DE TERMINAL A TERMINAL

NOMINAL DEL Prueba en Prueba en Prueba al Prueba en Prueba al CORTA

CIRCUITO FUSIBLE

kV

seco, a frecuencia nominal (1 min) kV-rcm

húmedo, a frecuencia

nominal (10 s)kV-rcm

impulso (NBAI) onda

de 1.2/50μs. kV-cresta

seco, a frecuencia nominal (1 min.) kV-rcm

impulso (NBAI) onda

de 1.2/50μs. kV-cresta

15 5 0 95 5 95 27 42 6 125(1) 42 125 38 70 60 150(1) 70 150

(1) Para sistemas de 3 fases 4 hilos (sistema multiaterrizado)

Tabla 9.7.3 Tensiones límites de radio interferencia (REFERENCIA:INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

Tensión nominal kV

Tensión de prueba V

Tensión límite de radiointerferencia μv a

1000 kHz Columna 1 Columna 2 Columna 3

15 9410 250 27 15660 250 38 22000 250

191

Tabla 9.7.4 Factores de corrección por altitud (REFERENCIA: NMX-J-149-1987)

Altitud sobre el nivel

Tensión de

de

Factor de corrección por altitud para ser aplicado

del mar Prueba Tensión nominal Corriente continua nominal

Temperatura ambiente

Columna 1 Columna 2 Columna 3 Columna 4 Columna 5 1000 1.0 1.00 1.00 1.00 1200 1.02 0.98 0.995 0.992 1500 1.05 0.95 0.990 0.980 1800 1.09 0.92 0.985 0.968 2100 1.13 0.89 0.980 0.956 2400 1.17 0.86 0.970 0.944 2700 1.21 0.83 0.965 0.932 3000 1.25 0.80 0.960 0.920 3600 1.33 0.75 0.950 0.896 4200 1.44 0.70 0.935 0.872

Tabla 9.7.5 Capacidad para protección de corto circuito de transformadores,

capacidades mínimas recomendadas (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

13800 volt 22000 volt 33000 volt

kVA Amperes Amperes Amperes Plena Capacidad Plena Capacidad Plena Capacidad carga fusible carga fusible carga fusible

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS 5 -- -- -- -- -- -- 10 0.73 5 -- -- -- -- 15 1.08 5 -- -- -- -- 25 1.81 5 1.14 5 0.76 5

37.5 2.72 5 1.70 5 1.14 5 50 3.62 7 2.28 5 1.52 5 75 5.45 10 2.28 5 1.52 5

100 7.25 15 4.55 10 3.03 7 150 10.80 25 6.80 15 4.55 10 200 14.50 30 9.10 20 6.07 15 250 18.10 40 11.40 25 7.60 15 400 28.90 65 18.20 40 12.10 25 500 36.20 80 22.80 50 15.20 30

192


13800 volt 23000 volt 34.5000 volt kVA Amperes Amperes Amperes

Plena Capacidad Plena Capacidad Plena Capacidad carga fusible carga fusible carga fusible

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS 25 1.04 5 0.65 5 0.44 5

37.5 1.57 5 0.69 5 0.66 5 50 2.10 5 1.31 5 0.87 5 75 3.14 7 1.97 5 1.31 5 100 4.19 5 2.6 5 1.75 5 150 6.21 10 3.93 10 2.62 7 200 8.35 15 5.25 10 2.62 7 300 12.50 20 7.85 15 3.50 10 450 18.80 25 11.80 25 5.20 15 500 21.00 40 13.10 30 7.87 20 750 31.40 65 19.70 40 8.73 30

1000 41.10 100 26.30 65 13.10 40 2000 83.50 200 52.50 125 16.50 80 3000 -- -- 78.50 150 5.00 125 5000 -- -- -- -- 87.50 200

193

Tabla 9.7.6 Elevación de temperatura para componentes y materiales (REFERENCIA: NMX-J-149-1987)

Valor máximo de

Componentes y materiales. Temperatura

(ºC)

Elevación de

temperatura

(ºC)

Contactos de cobre en aire:

1. Contactos bajo presión de resorte.

- Desnudos

- Plateados

- Estañados

- Otros recubrimientos

(75)

105)

(95)

(ver nota)

(35)

(65)

(55)

(ver nota)

2. Contactos de perno.

- Desnudos

- Plateados


(90)

(105)

(ver nota)

(50)

(65)

(ver nota))

Contactos de cobre en aceite:

- Desnudos

-Plateados, estañados o niquelados


(80)

(90)

(ver nota)

(40)

(50)

(ver nota)

Terminales atornilladas en aire:

- Desnudas

- Plateadas o estañadas


(90)

(105)

(ver nota)

(50)

(65)

(ver nota))

Partes metálicas que actúan como

resortes.

(ver nota))

Materiales aislantes o partes metálicas

en contacto con materiales aislantes de

las clases siguientes*:

Clase A

Clase E

Clase B

Clase F

Clase H

Clase C

(105)

(120)

(130)

(155)

(180)

(ver nota)

(65)

(80)

(90)

(115)

(140)

(ver nota)

194

* Las clases son de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-J-153. 1. Si el fabricante usa recubrimientos diferentes a los indicados en la tabla 6, las propiedades de estos materiales deben ser tomados en consideración. 2. La temperatura o la elevación de temperatura no deben alcanzar valores tales que cambien la elasticidad de los metales. 3. Los límites son solamente los requeridos para no causar ningún daño a las partes circundantes.

Tabla 9.7.7 Transformadores de más de 600 v


Máximo rango o ajuste para el dispositivo contra sobrecorriente.

Primario Secundario

Más de 600 V Más de 600 V 600 V o menos

Impedancia del

transformador

Ajuste del

interruptor

Rango del

fusible

Ajuste del

interruptor

Rango del

fusible

Ajuste del

interruptor o

rango del fusible

No más de 6 %

Más de 6 % y no

más de 10 %

600 %

400 %

300 %

300 %

300 %

250 %

250 %

225 %

125 %

125 %

Tabla 9.7.8 Transformadores de más de 600 v en lugares supervisados


Máximo rango o ajuste para el dispositivo contra sobrecorriente.

Primario Secundario

Más de 600 V Más de 600 V 600 V o menos

Impedancia del

transformador

Ajuste del

interruptor

Rango del

fusible

Ajuste del

interruptor

Rango del

fusible

Ajuste del

interruptor o

rango del fusible

No más de 6 %

Más de 6 % y no

más de 10 %

600 %

400 %

300 %

300 %

300 %

250 %

250 %

225 %

250 %

250 %

195

10. SELECCIÓN DE BANCOS Y CARGADORES DE BATERÍAS 10.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que se deben considerar para seleccionar adecuadamente los bancos y cargadores de baterías. 10.2 CARGADORES DE BATERÍAS Cuando se presenta la necesidad de alimentar eléctricamente una instalación en condiciones de seguridad, no puede tolerarse ningún corte de energía, es por esto que se debe considerar en el diseño eléctrico el arreglo banco-cargador de baterías. Este arreglo deberá proporcionar la energía necesaria para impedir que sistemas eléctricos importantes dejen de funcionar. Los cargadores deben de operar normalmente bajo las siguientes condiciones: Temperatura entre 0ºC y 45ºC y humedad relativa entre 20 y 80%, a una altitutd de 2300 m.s.n.m. Los requisitos básicos para la selección del cargador de baterías son: a) Un valor seguro de la corriente de carga durante el tiempo que dure en operación la carga. b) Cumplimiento de la carga en un período de tiempo compatible con el servicio involucrado. c) Terminación exacta de la carga cuando se complete o reducción de la corriente a un valor de mantenimiento seguro. Además de los requisitos anteriores el cargador debe ser de: Máxima confiabilidad Operación automática Simplicidad en su diseño y construcción Eficiencia y F.P. aceptables El cargador, como cualquier otro dispositivo eléctrico debe tener regímenes máximos de funcionamiento, es por esto que la corriente de salida debe ser limitada a un valor de 110% del valor máximo especificado en su placa para que no afecte el funcionamiento normal de cada uno de sus componentes internos. Considere las siguientes corrientes nominales de salida: 1, 3, 6, 16, 25, 30, 50, 100, 150, 200, 300, 400, 600 y 800 amperes.

196

El cargador deberá estar diseñado para soportar una variación de la tensión de línea de ±10% de su valor nominal y a su salida una regulación de variación máxima de ±1%, es decir, mantener una tensión constante en todo su rango de carga. La frecuencia nominal de alimentación debe ser de 60 Hz. El cargador deberá operar normalmente con variaciones de ±3 Hz. Se recomienda seleccionar un cargador con capacidad nominal inmediata superior a la calculada. El número de bancos de baterías por instalar, dependerá directamente de la capacidad de las cargas de servicios propios en corriente directa del equipo bajo consideración, así como de la confiabilidad y flexibilidad que se quiera dar al sistema de corriente directa de la misma. 10.2.1 Normas Los cargadores son diseñados y construidos de acuerdo a las normas indicadas en el capítulo 16 de especificaciones de baterías y cargadores. 10.2.2 Tipos de cargadores Existen tres tipos de cargadores de baterías, de acuerdo a los métodos de carga, los tipos de cargadores más comúnes son: a) Cargadores a tensión constante En este tipo de cargadores la tensión de salida del cargador permanece constante durante todo el tiempo de carga. Se usa para los métodos de operación en flotación y para carga en potencial constante modificado; en donde si no se modifica el potencial, el resultado son regímenes de inicio extremadamente altos, requiriendo equipo extremadamente grande y costoso. En carga de potencial constante modificado, la tensión del cargador permanece constante, pero se incluye una resistencia en la batería para limitar la corriente. Para la carga en flotación, el valor de la tensión debe ser tal que se le suministre a la batería la corriente necesaria para compensar sus pérdidas internas y mantenerla completamente cargada pero sin sobrecarga apreciable (gasificación excesiva). b) Cargadores a corriente constante En este tipo de cargadores, la corriente se limita a un valor casi constante y la tensión de la batería es incrementada paulatinamente. Se puede usar para baterías almacenadas o bien en baterías que sólo se usan en caso de emergencia pero que no están constantemente conectadas a una carga determinada.

197

c) Cargadores de carga disminuida En este caso se inicia con una corriente moderadamente alta y que se reduce gradualmente a un régimen bajo, conforme se incrementa la tensión de la batería. En cualquiera de los casos anteriores, para obtener una mejor operación, se debe considerar la carga de flotación, ya que la mayoría de las baterías estacionarias están conectadas contínuamente a circuitos vitales, los cuales deben estar energizados todo el tiempo. El cargador se ajusta a un voltaje el cual permite a la batería absorber la cantidad justa de corriente para mantenerse plenamente cargada. Con lo que el cargador proporciona corriente para el circuito conectado. A esto se le llama carga en flotación. Esto garantiza una batería completamente cargada y lista para cualquier emergencia. En las tablas 10.7.1 y 10.7.2 se muestran algunos de los valores de tensión de ajuste de los cargadores y las tensiones nominales de salida respectivamente, de los diferentes tipos de baterías. En la tabla 10.7.3 se indican los valores de las tensiones nominales de alimentación utilizadas generalmente, en cargadores de baterías. En la tabla 10.7.5 se indican las tensiones de carga de igualación por celda. 10.2.3 Campo de aplicación El arreglo banco-cargador opera generalmente en el caso de falla de la red, es decir en emergencia. Los equipos que en estas condiciones son alimentados por el arreglo banco-cargador son los siguientes: 10.2.3.1 Telecomunicaciones El suministro de corriente para telecomunicación consiste en su forma más sencilla en rectificador, filtro, celda contraelectromotriz y batería. Las exigencias más importantes de un sistema de telecomunicación son: variaciones pequeñas de la tensión de alimentación y un valor bajo del nivel de ruido. Lo primero suele llevar consigo la necesidad de una celda contraelectromotriz de reducción de tensión, incluso en varíos pasos. Lo segundo exige siempre un filtro para reducir la componente alterna de la salida del equipo rectificador-batería a límites aceptables.

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10.2.3.2 Sistemas electrónicos Nos referimos, por ejemplo, al control ininterrumpido de actuadores en procesos industriales, sistemas de alarmas de fuego o robo, relojes centralizados o sistema de control remoto. El sistema a emplear puede incluir una celda electromotriz ya que es frecuente que los límites de tensión admisible sean pequeños. La batería junto con la reactancia que se monta en todos los rectificadores de tiristores es suficiente, en la mayor parte de los casos, para filtrar la tensión de salida en estas aplicaciones, aunque a veces se requiere un filtro más completo. Los equipos electrónicos son muy sensibles a las sobretensiones, por lo que se aconseja acoplar una alarma de tensión alta al rectificador. 10.2.3.3 Alumbrado En las instalaciones de alumbrado de emergencia, es necesario que cuando falla el alumbrado general exista una fuente local de energía que entre en servicio, para ello se usa una batería de acumuladores y su correspondiente cargador. Este puede hacerse por medio de pequeñas unidades con su punto de luz correspondiente o por un equipo central de alimentación y una red de puntos de luz. La tensión más normal es la de 24 V para equipos centralizados aunque también se usa la de 125 V. Existen diversas necesidades por lo que hay que distinguir entre alumbrado de emergencia” propiamente dicho, “alumbrado de señalización y “alumbrado de reemplazamiento”. a) Alumbrado de emergencia Normalmente el local está iluminado por la red Al producirse un fallo de ésta se encienden unos puntos de luz que producen un alumbrado suficiente para la evacuación del público. El período de emergencia es normalmente de una hora. El sistema se compone de batería, cargador, rectificador y unidad automática de emergencia. b) Alumbrado de señalización El local se ilumina continuamente con pequeños puntos de luz para señalización de puertas, escaleras, etc. En caso de falla de la red la batería debe alimentar esta red de alumbrado de señalización. Un ejemplo típico de aplicación es un cine.

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El sistema comprende el cargador, la batería y la unidad automática de emergencia. Esta unidad tiene un contactor de emergencia y un transformador para servicio permanente. c) Alumbrado de reemplazamiento La batería debe suplir a la red en caso de emergencia dando todo el alumbrado general. El sistema es igual al anterior pero generalmente de más potencia y a tensión mayor. El período de emergencia normal es de dos horas. 10.2.4 Características de fabricación El cargador de baterías podrá ser sencillo o tipo consola, ya sea monofásico o trifásico, incluyendo los siguientes accesorios como mínimo: Voltímetro de C.D Amperímetro de C.D Interruptor derivado de C.D Lámparas indicadoras 10.3 TIPOS DE RECTIFICADORES Existen dos tipos de rectificadores, el monofásico y el trifásico, los cuales están en función del valor de tensión de entrada. 10.3.1 Monofásicos Sus características más comúnes son: Entrada: Tensión monofásica: ±10%, 127 VCA o 220 VCA Frecuencia: 60 Hz ±5% Salida: Tensión: Dos niveles: -flotación -carga rápida -o ambos con paso automático Intensidad: Limitada al valor nominal + 10% Regulación de la tensión: ± 1% generalmente para variaciones simultáneas de la tensión y frecuencia de entrada y corriente desde 0 a 100% de la carga. Temperatura ambiente: - 10 a 40º C Señalización y alarmas:-alarma de falla de C. A. -alarma de puesta a tierra -con luces indicadoras y contactos remotos

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10.3.2 Trifásicos Sus características más comunes son: Entrada: Tensión trifásica: ± 10%, 220 VCA o 440 VCA Frecuencia: 60 Hz ± 5% Salida: Tensión: Dos niveles: - Flotación - Carga rápida - o ambos con paso automático Intensidad: Limitada al valor nominal + 10% Regulación de tensión: ± 1% generalmente, para variaciones simultáneas de tensión y frecuencia de entrada y corriente desde 0 a 100% de la carga. Temperatura ambiente: -10 a 40º C Señalización y alarmas: Alarma de falla de C. A. Alarma detector de tierra Con luces indicadoras y para contactos remotos Deberán consultarse los valores especificados por el fabricante, para una selección determinada. 10.4 TIPOS DE BATERÍAS 10.4.1 Baterías plomo-ácido Considere los siguientes aspectos: a) Características de carga En este tipo de baterías, es necesario tomar mucha precaución para la carga. Es necesario usar corrientes de carga bajas para evitar la formación excesiva de sedimentos de la placa positiva y la densificación de la placa negativa, lo cual causa la pérdida de capacidad y vida más corta. Por otra parte, cuando se trabaja la batería a regímenes de carga altos y altas temperaturas durante la carga, resulta alto el riesgo de un corto circuito. En este tipo de baterías no es conveniente sobrecargarlas, ya que aun a corrientes bajas, se ocasiona una reducción en su capacidad y vida útil. Cuando se trabaja a carga parcial resulta en sulfatación de las placas. Esto a su vez puede causar que las placas se doblen o se rompan.

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b) Recuperación de voltaje En este tipo de baterías la recuperación de voltaje normalmente tarda varíos minutos. c) Funcionamiento a altas temperaturas La temperatura normalmente recomendada por los fabricantes es de 25ºC, ya que la operación a 33ºC acorta su vida útil probable en hasta un 25%. Las baterías plomo-ácido pueden congelarse a -10ºC, ocasionando un daño en la batería. Se considera que se tiene una capacidad disponible a -20ºC de 50% y a 40ºC del 25% de la capacidad nominal. d) Vida útil Bajo condiciones normales de operación las baterías con celdas “tubulares” pueden llegar a alcanzar una vida útil hasta aproximadamente 10 años. Si la batería es de celdas “empotradas”, su tiempo de vida es más corto oscilando entre 3 y 6 años. Las baterías con celdas “Planté nueva” llegan a alcanzar una vida útil de más de 15 años. e) Almacenaje y sitio de instalación Este tipo de baterías no pueden dejarse sin usar por un período más largo de un mes sin carga en igualación. Debido a la formación de gases durante la carga y a que estos gases contienen gotitas de ácido sulfúrico y son por lo tanto corrosivas, este tipo de baterías necesitan ser ubicadas en sitios especiales. En caso de bancos de baterías usados en subestaciones la norma “NOM-001-SEMP-1994” establece las recomendaciones y características que debe tener el local donde se instalan. f) Confiabilidad Las baterías plomo-ácido son menos confiables que las de Ni-Cd. Los componentes del plomo se corroen electroquímicamente, reduciendo la rigidez mecánica y la conductividad, debido a postes y conexiones sumamente corroidos. La corrosión también resulta en la formación de depósitos y crecimiento de la placa positiva, lo cual puede ocasionar corto circuito de la celda. También existe riesgo de penetración de plomo a través del separador. Después de un período sin usarse puede haber sulfatación con reducción del rendimiento. g) Características físicas y necesidades de mantenimiento Dimensiones reducidas en comparación con la de Ni-Cd; mecánicamente fuerte, sin embargo los componentes de plomo son más debiles que el acero.

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Se requiere añadido de agua con mayor frecuencia aproximadamente de 2 a 8 veces más que con Ni-Cd, debido a la formación de mayores volúmenes de gas en general. 10.4.2 Baterías níquel-cadmio a) Características de carga Este tipo de baterías pueden ser cargadas por cualquier método normal y bajo un rango de temperatura de -50ºC a 45ºC, sin ser afectadas considerablemente. No se ve afectada por sobrecargas, a comparación con la de plomo-ácido. b) Recuperación de voltaje En este tipo de baterías la recuperación de voltaje es muy rápida, aproximadamente la tercera parte del tiempo que se requiere para una batería plomo-ácido, por lo que en casos de emergencia continua las baterías de níquel-cadmio son insustituibles. Sin embargo, se debe de considerar que se necesitará de un cargador de aproximadamente 27% más capacidad que para la de Ni-Cd. c) Funcionamiento a altas temperaturas En este tipo de baterías la temperatura máxima recomendada para operación continua es 45ºC, las operaciones ocasionales a 60ºC disminuyen la capacidad temporalmente, aproximadamente entre un 5 y 10%, pero sin efecto permanente. El almacenaje prolongado de 60 a 80ºC no deforma los contenedores de la batería y disminuye muy poco su capacidad. Puede usarse con electrólito normal hasta 20ºC bajo cero. Para temperaturas hasta 50ºC bajo cero con electrólito más concentrado. La congelación no daña la batería. Se considera que se tiene una capacidad disponible a -20ºC de 85% y a 40ºC del 65% de la capacidad nominal. d) Vida útil La vida promedio dependiendo de la aplicación se considera entre 10 y 25 años. e) Almacenaje y sitio de instalación En condiciones de almacenaje poseen muy baja autodescarga, aproximadamente del 65 al 80% de la capacidad nominal disponible se conservan después de un período de seis meses de almacenaje. No se desprenden gases corrosivos durante la carga, por lo que la batería puede ser instalada en el mismo cuarto que otros equipos. En caso de bancos de baterías usados en subestaciones, la norma “NOM-001-SEMP-1994” establece las recomendaciones y características que debe tener el local donde se instalen.

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f) Confiabilidad Las baterías Ni-Cd son consideradas como muy confiables, ya que ninguno de sus componentes son afectados por reacciones electroquímicas o por el electrólito, no existen fallas súbitas. g) Características físicas y necesidades de mantenimiento Son dimensionalmente robustas debido a la resistencia de sus componentes de acero y al diseño soldado y atornillado de las celdas, puede llegar a soportar choques y vibraciones muy severas. No se requiere añadir agua frecuentemente, se consideran períodos largos de aproximadamente entre 3 meses a 10 años dependiendo de la aplicación. El cambio del electrólito no es necesario en la mayoría de los casos. 10.5 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL BANCO DE BATERÍAS Para seleccionar y determinar la capacidad del banco de baterías, es necesario tomar en cuenta las siguientes características: 10.5.1 Vida potencial En las subestaciones normalmente se tienen cargas que permanecen constantes durante muchos años, por lo que es conveniente seleccionar baterías de máxima duración, la cual varía entre 20 y 30 años dependiendo de su aplicación. 10.5.2 Necesidades de servicio Es necesario determinar con exactitud las características eléctricas de los aparatos o dispositivos que serán alimentados por el banco de baterías, así como el ciclo de operación. Las cargas que estarán conectadas a las barras de corriente directa son: Bobinas de cierre Bobinas de disparo Lámparas de señalización Relevadores de protección Relevadores auxiliares Cuadros de alarma 10.5.3 Temperatura de operación La temperatura normal de operación de las baterías es de 25ºC. Sobre esta base se estima la vida y se determina su capacidad. Por lo tanto se recomienda mantener la temperatura por abajo de los 25ºC, obteniendo con esto ventajas económicas notables. Se recomienda que el banco de baterías se encuentre lo más cerca posible de la carga, para evitar caídas de tensión considerables.

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Debido a que al aumentar la temperatura, sobre 25ºC, se incrementan las pérdidas, es una práctica conservadora aplicar los factores de corrección por temperatura para determinar la capacidad en Amper-hora del banco de baterías, dichos factores deberán solicitarse al fabricante de la batería seleccionada. 10.5.4 Tiempo de descarga La tendencia en subestaciones es utilizar bancos de baterías cuyo régimen de descarga sea de 8 horas, sin embargo es posible seleccionar cualquier otro tiempo de descarga, de acuerdo a las necesidades específicas que se tengan en cada proyecto. 10.5.5 Tiempo de recarga Se recomienda que el tiempo de recarga sea también de 8 horas, aunque puede ser menor siempre y cuando se tenga precaución, principalmente en baterías de plomo-ácido, a fin de evitar gasificación o ebullición del electrólito, o que la temperatura del mismo sea mayor o igual a 43ºC. 10.5.6 Ciclo de descarga Para el cálculo de bancos de baterías para subestaciones, se deberá considerar el ciclo de descarga más crítico. Para esto, deberá suponerse que la demanda más crítica en corriente directa se presenta cuando se produce el disparo simultáneo de todos los interruptores en el nivel de tensión en que exista un mayor número de ellos. Para fines prácticos, se puede considerar una duración de un minuto para esta maniobra. Después de esto, debe considerarse una demanda constante durante 8 horas, debida al funcionamiento de lámparas piloto, cuadros de alarma, relevadores auxiliares, etc. Finalmente, el banco de baterías deberá contar aun con capacidad para suministrar la suficiente energía para abastecer una demanda igual a la primera durante un minuto para cerrar los interruptores. En general es conveniente hacer notar lo siguiente: Que las baterías alcalinas (níquel-cadmio) presentan limitaciones de capacidad, por lo que para alimentar cargas mayores de 330 Amper-hora en régimen de descarga de 8 horas se requieren de dos o más bancos dependiendo del ciclo de descarga que se determine. Para ambos casos (baterías plomo-ácido y baterías alcalinas) es recomendable incrementar la capacidad calculada en un 15% para absorber algunas condiciones anormales, tales como mantenimiento inadecuado o variaciones bruscas de temperatura.

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El número de bancos de baterías por instalar, depende directamente de la capacidad de las cargas de servicios propios en corriente directa de la subestación bajo consideración, así como de la confiabilidad y flexibilidad que se quiera dar al sistema de corriente directa de la misma. 10.5.7 Factor de potencia El cargador de baterías debe tener un factor de potencia mayor o igual a 0.9 verificando conforme al método de prueba “Factor de potencia”, de la NMX-I-53 para los regímenes de flotación e igualación. 10.5.8 Eficiencia Para la tensión nominal especificada los valores de eficiencia mínimos para los cargadores de baterías deben ser los que se indican en la tabla 10.7.4 (Ver pág. 19). 10.5.9 Regulación de tensión Para variaciones de líneas de ±10% y variaciones de carga desde 0% hasta 100%, la tensión de salida no debe exceder ±1% de la tensión nominal. 10.5.10 Densidad del electrólito La densidad específica del electrólito para celdas tipo plomo-ácido, debe ser de 1.210 a 25ºC. La densidad específica del electrólito para las celdas tipo alcalino debe ser de 1.180 a 25ºC. 10.5.11 Humedad relativa Entre 10 y 95% sin condensación, al nivel del mar. 10.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES 10.6.1 Llenado de hoja de datos de especificaciones de batería Tipo de batería Ver punto 10.4 Número de celdas por batería Ver tabla 10.7.2 Densidad específica del electrolito con las celdas totalmente cargadas a 25°C

Ver punto 10.5.10

Tensión nominal de salida Ver tabla 10.7.2 Tensión de flotación por celda Ver tabla 10.7.1 Tensión de igualación Ver tabla 10.7.5 Regímenes de descarga en A-h para los siguientes tiempos: 1 hora Ver punto 10.5.4 3 horas Ver punto 10.5.4 8 horas Ver punto 10.5.4 Accesorios Ver punto 10.2.3

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10.6.2 Llenado de hoja de especificaciones de cargadores

Tipo de cargador Ver punto 10.2.1

Corriente nominal de salida Ver tabla 10.7.1

Tensión de alimentación Ver tabla 10.7.3

Frecuencia nominal

Tensión nominal de salida Ver tabla 10.7.2

Altitud de operación Ver punto 10.2

Temperatura de operación Ver punto 10.2

Eficiencia Ver tabla 10.7.4

Factor de potencia Ver punto 10.5.7

Accesorios Ver punto 10.2.3 10.7 TABLAS

Tabla 10.7.1 Tensión de flotación por celda (REFERENCIA: NMX-I-63-1985)

TIPO DE BATERÍA TENSIÓN DE FLOTACIÓN POR CELDA (V)

Plomo-Antimonio 2.15-2.17 Plomo-Calcio 2.17-2.25 Níquel-Cadmio 1.38-1.45 Níquel-Fierro 15.0-1.55

Tabla 10.7.2 Tensiones nominales de salida

(REFERENCIA: NMX-I-63-1985) TENSIÓN NOMINAL DE

SALIDA (V) TIPO PLOMO-ANTIMONIO

Y PLOMO-CALCIO NO. DE CELDAS

TIPO NÍQUEL-CADMIO NÍQUEL - FIERRO NO. DE CELDAS

12 5-6 9-10 24 11-13 18-20 30 14-16 22-24 48 22-25 37-38

120 55-62 92-95 240 110-123 184-190

Tabla 10.7.3 Tensiones nominales de alimentación de cargadores de baterías

(REFERENCIA: NMX-I-63-1985) TENSIÓN DE

ALIMENTACIÓN

SISTEMA

127 V Monofásica-2 hilos 220 V Trifásica-3 ó 4 hilos 440 V Trifásica-3 ó 4 hilos

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Tabla 10.7.4 Eficiencia de cargadores de baterías (REFERENCIA: NMX-I-63-1985)

CORRIENTE DE SALIDA

(A) CARGA EFICIENCIA MÍNIMA

Menores de 12

50%

100%

45%

65%

De 12 a 50 50%

100%

60%

75%

Mayores de 50 50%

100%

70%

35%

Tabla 10.7.5 Tensión de carga de igualación por celda (REFERENCIA: NMX-I-63-1985)

TIPO DE BATERÍA TENSIÓN DE CARGA DE IGUALACIÓN

POR CELDA (V)

Plomo-Antimonio 2.25-2.33

Plomo-Calcio 2.30-2.50

Níquel-Cadmio 1.50-1.60

Níquel-Fierro 1.55-1.70

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11. SELECCIÓN DE EQUIPOS AUXILIARES DE CONTROL 11.1 ALCANCE El objetivo de este capítulo es proporcionar la información de los datos mas importantes para realizar la correcta selección de equipos auxiliares de control electromecánicos y electrónicos (estáticos) de estado sólido. La descripción de los más representativos se hizo en el capítulo 6 de este manual. Los equipos auxiliares de control utilizados comúnmente son: - Relevadores - Alternadores - Secuenciadores - Controladores programables - Conmutadores de control - Estaciones de botones - Lámparas de señalización y alarma - Interruptores de límite - Interruptores de nivel - Interruptores de presión - Interruptores de temperatura - Cuadros de alarma La operación de los elementos antes citados se realiza normalmente en circuitos de corriente alterna, aunque en algunas instalaciones se hace en circuitos de corriente directa o combinaciones de ambas. Es el caso de los controladores lógicos programables, cuya operación es solo en sistemas de C.A. 11.2 CRITERIOS DE SELECCIÓN Se considerarán las diferentes características técnicas: 11.2.1 Características normativas a) Tensión de alimentación y rango De acuerdo con las normas oficiales mexicanas, las tensiones de alimentación son las siguientes: Para sistemas de corriente alterna: 6, 12, 24, 48, 60, 110, 127, 220, 440, 489, 550 y 600 V.C.A. Para sistemas de corriente directa: 3, 6, 12, 18, 30, 48, 60, 110, 125, 220 y 250 V.C.D. Los equipos deben soportar sin dañarse el 110 por ciento de la tensión nominal en CA o CD y deben operar correctamente al 85 por ciento de su tensión nominal de CA y el 80 por ciento en CD. b) Capacidad interruptiva Los equipos cubiertos en este capítulo no cuentan con una capacidad interruptiva como tal dentro de sus características, ya que esta facultad la proporcionan equipos

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de protección como son los interruptores termomagnéticos, electromagnéticos o los fusibles. Para los equipos cubiertos en este capítulo solo se debe considerar la característica de capacidad nominal de apertura o cierre bajo ciertas condiciones de carga (resistiva, inductiva o capacitiva). c) Esquema de conexión Los esquemas típicos de conexión se muestran en la información de fabricante. d) Cableado y protecciones El cableado, desde el equipo de control hasta el equipo controlado, deberá hacerse con cable de control de calibre 14 AWG como mínimo. El calibre debe ser dimensionado de acuerdo a la distancia existente. e) Eficiencia En el caso de los contactores, su eficiencia está determinada por la potencia requerida en VA necesarios para producir la operación de cierre de los mismos y su sostenimiento en esta posición; el caso de los relevadores es similar a lo anterior. En el caso de los interruptores, su eficiencia estará determinada por la exactitud de disparo en un rango predeterminado. f) Circuitos de prueba y calibración Se utilizan normalmente en fábrica, en bancos de prueba, con temperatura, tensiones y corrientes normalizadas. g) Pruebas de fábrica y campo Se clasifican de la forma siguiente: - Pruebas de diseño, hechas a un espécimen de cada diseño o a un número pequeño de especímenes - Pruebas de lote, hechas a una de las unidades de un lote - Pruebas de rutina, hechas a todas las unidades de un lote Las pruebas en campo que normalmente se realizan son: las de operación, voltaje y/o corriente de operación. h) Instalación y puesta en marcha Deben realizarse de acuerdo a los requerimientos específicos del proyecto y del propio equipo. Ejemplos de lo anterior son: el tipo de gabinete, el ambiente, la posición dentro del gabinete, etc. Así mismo, antes del arranque y puesta en marcha deberán realizarse las pruebas de operación, voltaje y/o corriente de operación.

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i) Conectividad La conectividad debe garantizar la correcta operación de los propios equipos y sus auxiliares (transformadores de control, resistencias, etc.). Por lo anterior, se prefiere la conectividad que garantiza una sólida conexión entre los equipos, con terminales que eviten su separación por vibración, impacto, etc. Sin embargo, en el caso de equipos (plc's y similares) conectados a través de transductores, se prefieren conectores del tipo de enchufar preformados, a fin de obtener accesibilidad para mantenimiento y pruebas de campo. Para los equipos que se interconectan a sistemas de cómputo, su alambrado deberá ser del tipo de transmisión de datos. j) Recomendaciones Las más importantes son las siguientes: 1º Utilizar estos equipos, considerando las condiciones ambientales en que se instalen. 2º Usarlos dentro de los rangos de operación, de acuerdo a las consideraciones de diseño. 11.2.2 Características operativas a) Forma de servicio: Continuo b) Tipo de servicio: Uso rudo c) Tensión nominal d) Clase de aislamiento La clase de aislamiento normalizado de los equipos electromecánicos es de 60, 250, 300 y 600 volts en CA y máximo de 250 volts en CD. La clase de aislamiento de los equipo estáticos varía según el tipo de equipo, siendo similar al anterior para relevadores. En el caso de controladores lógicos programables (plc's) el máximo es 250 volts para salidas tipo relevador. e) Sistemas de tierras Seguir consideraciones y recomendaciones del fabricante. 11.2.3 Características ambientales 11.2.3.1 Temperatura y humedad Normalmente los equipos de control están diseñados para trabajar a una temperatura ambiente máxima de 40 ºC. A partir de este valor su capacidad de conducción disminuye a medida que aumenta la temperatura.

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Por lo anterior, al seleccionar un equipo de control se debe considerar un sobredimensionamiento en su capacidad en aproximadamente un 4 % por cada 5 ºC de aumento de temperatura. Es recomendable en áreas de alta humedad, instalar los equipos en gabinetes o tableros equipados con resistencias calefactoras controladas por termostatos, para evitar el punto de rocío. 11.2.3.2 Altitud Normalmente los equipos auxiliares de control están diseñados para funcionar a una altura máxima de operación de 1000 msnm a 40 ºC, por lo que al seleccionarlos se debe considerar un sobredimensionamiento en su capacidad en aproximadamente 5 % por cada 500 metros de aumento de altura sobre el nivel del mar. 11.2.3.3 Tipo de zona (corrosiva, tropical, árida, etc.) Se debe considerar el tipo de zona (corrosiva, tropical, árida, etc.) al especificar equipos de control y en particular al seleccionar la cubierta. Para aplicaciones especiales se especifican gabinetes que proporcionan al equipo la protección adecuada. Por ejemplo: - Hermético al agua y al polvo (NEMA 4). - A prueba de gases explosivos (NEMA 7). - Hermético al polvo y al goteo (NEMA 12). Uso en interiores. 11.2.3.4 Tipo de montaje Se debe de considerar el tipo de montaje (gabinete, tablero, soporte) al seleccionar equipos de control y su cubierta. 11.2.3.5 Vibración Para aplicaciones especiales, se especifican equipos auxiliares de control con accesorios en sus partes móviles que eliminan los problemas de vibración dentro de ciertos rangos. Estas observaciones deben considerarse en los casos de aplicaciones en instalaciones móviles, como plantas de emergencia. 11.3 RECOMENDACIONES La selección de un equipo auxiliar de control consiste en definir una serie de características que tomen en cuenta las condiciones operativas y medio ambiente. Dependiendo del tipo de equipo que se trate, estas características pueden ser, en el caso de: 11.3.1 Contactores - Número de polos - Número de contactos auxiliares

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- Capacidad de corriente en amperes para 8 horas de contactos principales - Capacidad de corriente en amperes para 8 horas de contactos auxiliares - Tensión nominal de operación de la bobina - Tensión nominal de operación de los contactos - Frecuencia - Número de operaciones sin mantenimiento - Tipo de montaje deseado (fijo o en riel tipo din) - Tipo de caja deseada - Temperatura ambiente y la operación - Altura de operación - Capacidad interruptiva - Tamaño NEMA - Peso - Señalizaciones 11.3.2 Relevadores de control -Tipo de principio de funcionamiento (electromecánico o electrónico estático) - Tipo de restablecimiento - Número, tipo y condición (NC, NA) de contactos - Diagrama arreglo de contactos - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas, en los contactos - Tensión nominal de operación de la bobina - Tensión nominal de operación de los contactos - Frecuencia - Tipo de montaje deseado (fijo o en riel tipo din) - Tipo de caja deseada (NEMA, ICS) - Temperatura ambiente y de operación - Altura de operación 11.3.3 Relevadores de tiempo -Tipo de principio de funcionamiento (electromecánico o electrónico estático) - Número, tipo y condición (NC, NA) de contactos - Diagrama arreglo de contactos - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas, en los contactos - Tensión nominal de operación de la bobina - Tensión nominal de operación de los contactos - Frecuencia - Rango de tiempo ajustable - Tipo de operación temporizada (posterior al energizado o desenergizado a la bobina. - Tipo de montaje deseado (fijo o en riel tipo din) - Tipo de caja deseada

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- Temperatura ambiente y de operación - Altura de operación 11.3.4 Alternadores, secuenciadores y controladores lógicos programables - Tipo de principio de funcionamiento (electromecánico o electrónico estático) - Número de relés operadores - Número de contactos por relevador - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas en los contactos de maniobra - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas en los contactos auxiliares - Tensión nominal de operación de las bobinas - Tensión nominal de operación de los contactos - Frecuencia - Tipo de montaje deseado (fijo o en riel tipo din) - Tipo de caja deseada - Temperatura ambiente y de operación - Altura de operación - Tensión nominal de alimentación - Norma de referencia - Capacidad de memoria RAM - Número de entradas - Número de salidas - Tipo de entradas (en CA o CD) - Tipo de salidas (en CA o CD) - Interfases - Cantidad de módulos de extensión (si se requieren) - Humedad ambiental 11.3.5 Conmutadores de control - Número de contactos secos - Diagrama de conexiones - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas en los contactos auxiliares - Tensión nominal de operación - Frecuencia - Tipo de montaje deseado (en gabinete, tablero, etc.) - Dimensiones - Tipo de caja deseada - Tipo de palanca accionadora - Temperatura ambiente y de operación - Altura de operación

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11.3.6 Estaciones de botones - Número de unidades completas y por unidad - Número de contactos por botón - Diagrama de conexiones - Diagrama del arreglo de contactos - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas en los contactos auxiliares - Tensión nominal de operación - Frecuencia. - Tipo de montaje deseado (en gabinete, tablero, etc.) - Tipo de caja deseada - Tipo de cubierta - Tipo de contactos (sostenido, momentáneo, NA ó NC, con seguro) 11.3.7 Lámparas de señalización y alarma - Tipo de conexión (directa, con resistencia, con transformador) - Tipo de capuchón - Color de capuchón - Potencia de la lámpara - Tensión nominal de operación - Frecuencia - Tipo de montaje deseado (en gabinete, tablero, etc.) - Tipo de caja deseada - Tipo de cubierta - Temperatura ambiente y de operación 11.3.8 Interruptores de límite, temperatura y presión - Tipo de interruptor (tipo de variable y tipo de sensor) - Número de contactos por interruptor - Diagrama de conexiones - Diagrama arreglo de contactos - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas en los contactos auxiliares - Tensión nominal de operación - Frecuencia - Tipo de montaje deseado (vertical, horizontal) - Tipo de caja deseada - Leyendas sobre la cubierta de la caja - Temperatura ambiente y de operación - Altura de operación - Rango de presión o temperatura y punto de disparo 11.3.9 Interruptores de nivel - Tipo de interruptor (flotador, electronivel, pera, etc.)

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- Número de contactos por interruptor - Diagrama de conexiones - Diagrama arreglo de contactos - Capacidad de corriente, en amperes para 8 horas en los contactos auxiliares - Tensión nominal de operación - Frecuencia - Tipo de montaje - Temperatura ambiente del fluido - Altura de operación 11.3.10 Gabinetes de alarma - Número de celdas (vertical y horizontal) - Secuencia de operación, según ISA u otro seleccionado - Indicar si se incluye alarma acústica e intensidad deseada - Tipo de lógica a utilizar (con relés encapsulados, de estado sólido, etc.) - Tensión nominal de operación - Frecuencia - Tipo de gabinete - Leyendas sobre la cubierta de las celdas - Tamaño de letras - Temperatura ambiente 11.4 REFERENCIAS - Información Técnica Fabricante.- Square "D" - NOM-001-SEMP (ULTIMA ED.) '' Instalaciones Destinadas al Suministro y Uso de la Energía Eléctrica''.

216

12. SELECCIÓN DE ARRANCADORES 12.1 OBJETIVO El objetivo de este capítulo es describir los factores que se deben considerar para seleccionar adecuadamente el tipo de arrancador empleado para motores de inducción jaula de ardilla. 12.2 CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS 12.2.1 Tensión de diseño La tensión de operación máxima que pueden soportar los elementos de un arrancador sin sufrir deformaciones durante su operación es la de diseño y los distintos niveles de voltaje son: Baja tensión: 600 V Media tensión: 2500 V, 5000 V 12.2.2 Tensión de operación La tensión real a la cual funciona el sistema dentro de un rango permitido que proporcione un buen funcionamiento este rango es generalmente entre el ± 10 % de la tensión nominal. 12.2.3 Capacidad interruptiva Es la corriente máxima que puede interrumpir un dispositivo a un voltaje nominal determinado bajo condiciones de prueba. Esta capacidad esta determinada en los arrancadores por sus contactos y cuando se tienen los arrancadores combinados con interruptores del tipo desconectador, fusibles, termomagnético o algún otro de similares características con la capacidad de éstos. Para los contactos en baja tensión las capacidades interruptivas son de 14 kA y 22 kA. las capacidades de los interruptores se pueden consultar en el capítulo 3 de selección de equipo de este manual. Las capacidades en tensión media son de 50 kA en 2300 V y 80 kA en 4160V. 12.2.4 Elementos térmicos empleados Los elementos térmicos más empleados son los bimetálicos y los de aleación fusible. Los elementos térmicos bimetálicos se emplean en donde es posible el restablecimiento automático. Los elementos térmicos de aleación fusible se fabrican en tres diseños que son el de disparo estándar, disparo lento y disparo rápido. Las aplicaciones de estos elementos se tiene donde se puede realizar un restablecimiento manual, empleando los de:

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Disparo estándar en motores hasta 7 segundos aproximadamente en su arranque a tensión plena. Disparo lento en motores de aceleración hasta de 12 segundos a tensión plena, este elemento no es recomendado para largos períodos de arranque. Disparo rápido, son empleados para proteger bombas herméticamente selladas, sumergibles y otros tipos de motores, los cuales pueden resistir corrientes a rotor bloqueado en tiempo muy corto, o motores que tengan una baja corriente a rotor bloqueado a corriente a plena carga. 12.2.5 Tipo de cámara de arqueo Las cámaras de arqueo empleadas en los arrancadores son las de aire y vacío; utilizadas en baja tensión únicamente las de aire y en media tensión ambas. Su finalidad es poder interrumpir corrientes altas reduciendo el tamaño del arrancador y el peligro en su manejo. 12.2.6 Tipo de servicio El tipo de servicio para los arrancadores depende de las condiciones de trabajo y montaje de los equipos principalmente y es " Interior" o " Exterior". 12.2.7 Tipo de montaje El montaje de los arrancadores en baja tensión ya sea en combinación con desconectadores fusibles o interruptores termomagnéticos se realiza en gabinetes individuales o en tableros conocidos como centros de control de motores que además de soportar los arrancadores, contienen los interruptores de los sistemas de alumbrado y otros dispositivos eléctricos. 12.2.8 Tensión de control El control de los arrancadores se realiza en baja tensión con un voltaje de 127 V y 254 V. Conectados directamente del sistema de alimentación ó con transformadores de control a 120 V. En media tensión el control se realiza a una tensión de 120 V, con transformadores de control de relación 2400/120 V y 4160/120 V. 12.2.9 Tamaño NEMA Para los tamaños de los arrancadores ver tablas 12.7.5 y 12.7.6.

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12.2.10 Capacidad Para la capacidad en C.P. de los arrancadores ver tablas 12.7.5 y 12.7.6. 12.3 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES 12.3.1 Tipo de ambiente de trabajo Las condiciones ambientales no afectan la operación de los arrancadores, por lo que al realizar las especificaciones se deberá de indicar que los arrancadores deberán de protegerse considerando el tipo de ambiente en el que operan y deberá seleccionarse de las tablas 12.7.1 y 12.7.2. 12.3.2 Temperatura ambiente La temperatura ambiente máxima no debe exceder de 40 ºC y su valor promedio en 24 Horas no exceda de 35°C, indicándose las máximas. La temperatura media mínima debe ser de -5°C para arrancadores servicio interior y -25 ºC para arrancadores servicio intemperie. 12.3.3 Altitud de operación Los valores normalizados para arrancadores están dados para operar en altitudes hasta de 1000 m.s.n.m. 12.4 CARACTERÍSTICAS NORMATIVAS 12.4.1 Tensión nominal El valor asignado al voltaje del sistema para la operación satisfactoria de los equipos, por lo que un arrancador tiene en: Voltaje nominal en baja tensión: 220, 440 , 127/220 ó 440/254 V Voltaje nominal en media tensión: 2400 y 4160 V 12.4.2 Corriente nominal Los elementos de los arrancadores deben conducir la corriente nominal del motor o grupo de motores en forma continua, este valor se obtiene de la placa de datos de los motores pero en caso de desconocer este dato se puede auxiliar de la tabla 12.7.3 y 12.7.4 (ver págs. 11 y 12) en donde se indican las corrientes a plena carga para motores monofásicos y trifásicos respectivamente o en los catálogos de los fabricantes de arrancadores o motores.

219

12.4.3 Clasificación de los arrancadores Los métodos de arranque de los motores de inducción se clasifican principalmente en: A tensión plena (directamente a la red) A tensión reducida Por medio de un autotransformador Por medio de resistencias en serie Por devanado partido Por cambio de conexión (estrella-delta) 12.5 RECOMENDACIONES 12.5.1 Arrancadores a tensión plena tipo magnético para motores en baja tensión Los arrancadores magnéticos constan principalmente de un interruptor accionado magnéticamente que está controlado mediante pulsadores. Están provistos de reles térmicos de protección de sobrecarga y de mínima tensión. Por contar con elementos para proteger contra un bajo voltaje y sobrecarga estos arrancadores son los más recomendables a emplear. Estos arrancadores se fabrican también en tipo reversible y no reversible. Estos arrancadores se fabrican en tensiones de diseño de 250 y 600 V. (baja tensión) y en capacidades desde 1.11Kw (1.5 C.P.) hasta 447.4kW (600 C.P.) Los interruptores a tensión plena se encuentran en el mercado en combinación con otros dispositivos instalados en el mismo gabinete como lo son: Arrancador magnético e interruptor sin fusible del circuito del motor Arrancador magnético e interruptor con fusible del circuito del motor Arrancador magnético e interruptor de potencia 12.5.2 Arrancadores a tensión plena para motores en media tensión (en aire o vacío) a 4160 Volts Los arrancadores a tensión plena en media tensión se encuentran en combinación con interruptores de potencia los que se emplean como medio de extinción del arco, cámaras de aire o vacío de los cuales se deriva su nombre comercial, consultar información de fabricante. 12.5.3 Arrancador magnético a tensión reducida tipo autotransformador hasta 600 V Cuando se tiene una caída de tensión en el arranque superior al 20% hay que limitar la corriente de arranque, o cuando el par de arranque es muy severo para el equipo impulsado, se emplea un método de arranque a tensión reducida, pero el más empleado es el de autotransformador.

220

Este tipo de arrancador usa un autotransformador entre el motor y la alimentación que reduce el voltaje de arranque. Esta disponibilidad sólo se obtiene con este tipo de arrancador. El voltaje reducido se obtiene por la acción del transformador y la corriente de línea que es menor que la corriente del motor. 12.5.4 Arrancador magnético a tensión reducida por resistencia primaria hasta 600 V Una de las formas más comunes de arranque a tensión reducida es empleando resistencias en serie con el motor durante su aceleración. La corriente tomada por el motor es menor, por que se disipa en las resistencias, mientras que el par es menor debido a la caída de tensión que reduce el voltaje en las terminales del motor. Como el motor está acelerado, la corriente a través de las resistencias, decrece para reducir la caída de voltaje e incrementar la tensión en las terminales del motor. El resultado es una aceleración suave con incrementos graduales del par y de la tensión. El ciclo de arranque es con transición cerrada, o sea que el motor nunca queda desconectado de la línea, desde el primer momento en que queda conectado hasta que el motor opera a voltaje pleno. El arrancador por resistencias consume potencia que se disipa por calor pero se obtiene un alto factor de potencia. Existen arrancadores de resistencias de dos puntos de aceleración (simple paso de resistencia) ó de 3, 4, 5, y 6 puntos de aceleración. Si el voltaje esta limitado a valores en las cuales no causen parpadeos perjudiciales al alumbrado y demás servicios, la corriente tomada por los motores en el arranque debe ser limitada a valores determinados de incremento, determinando así el número de puntos de aceleración. Se muestran las ventajas y limitaciones de los arrancadores a tensión reducida en la tabla 12.7.7

221

12.6 LLENADO DE HOJA DE DATOS DE ESPECIFICACIONES

Número de arracadores

Tipo de arrancador Ver punto 12.5 y

tabla 12.7.7

Tensión nominal Ver punto 12.4.1

Corriente nominal Ver punto 12.4.2

Capacidad interruptiva Ver punto 12.2.3

Tipo de servicio Ver punto 12.2.6

Tipo de montaje Ver punto 12.2.7

Tensión de control Ver punto 12.2.8

Temperatura ambiente Ver punto 12.3.2

Altitud de operación Ver punto 12.3.3

Capacidad Ver punto 12.2.10

Tamaño NEMA Ver punto 12.2.9 12.7 TABLAS

Tabla 12.7.1 Tabla de selección de gabinetes para controladores de motores (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

USO EXTERIOR

Protección contra las sig. condiciones Tipo de gabinete

ambientales 3 3R 3LL 4 4X 6 6P

Contacto casual con el gabinete X X X X X X X

Lluvia, nieve, granizo X X X X X X

Granizo X

Polvoso X X X X X X

Inundación por los drenajes X X X X

Agentes corrosivos X X

Inmersión temporal ocasional X X

Inmersión prolongada ocasional X

222

Tabla 12.7.2 Tabla de selección de gabinetes para controladores de motores (REFERENCIA: NOM-001-SEMP-1994)

USO INTERIOR

Protección contra las siguientes Tipo de gabinete

Condiciones ambientales 1 2 4 4x 5 6 6p 12 12k 13

Contacto casual con el gabinete X X X X X X X X X X

Caída de suciedad X X X X X X X X X X

Caída de líquidos y goteo X X X X X X X X X

Polvo circulante, pelusa, fibras X X X X X X X

Polvo, pelusas y fibras acentadas X X X X X X X X

Drenes y agua que salpica X X X X

Aceite y filtración de líquido refrigerante X X X

Rociado aceite y refrigerante X

Agentes corrosivos X X

Inmersión temporal ocasional X X

Inmersión prolongada ocasional X

Tabla 12.7.3 Corriente a plena carga en amperes, de motores monofásicos de corriente alterna


W C.P. 127 V 220 V

124.33 1/6 4.0 2.3

186.5 1/4 5.3 3.0

248.66 1/3 6.5 3.8

373 1/2 8.9 5.1

559.5 3/4 11.5 7.2

746 1 14.0 8.4

1119 1 1/2 18.0 10

1492 2 22.0 13.0

2238 3 31.0 18.0

3730 5 51.0 29.0

5595 7 1/2 72.0 42.0

7460 10 91.0 52.0

223

Tabla 12.7.4 Corriente a plena carga en amperes, de motores trifásicos de corriente alterna


kW

C.P.

MOTOR DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA Y

ROTOR DEVANADO (A)

220 V. 440 V 2 400 V

0.373 1/2 2.1 1.0

0.560 3/4 2.9 1.5

0.746 1 3.8 1.9

1.119 1 1/2 5.4 2.7

1.490 2 7.1 3.6

2.230 3 10.0 5.0

3.730 5 15.9 7.9

5.600 7 1/2 23.0 11.0

7.46 10 29.0 15.0

11.19 15 44.0 22.0

14.92 20 56.0 28.0

18.65 25 71.0 36.0

22.38 30 84.0 42.0

29840 40 109.0 54.0

37.300 50 136.0 68.0

44.760 60 161.0 80.0 15

55.950 75 201.0 100.0 19

74.600 100 259.0 130.0 25

93.250 125 326.0 163.0 30

119.900 150 376.0 183.0 35

149.2 200 502.0 251.0 47

224

Tabla 12.7.5 Tamaño NEMA de los arrancadores para motores monofásicos (REFERENCIA: NEMA ICS-2-1993)

W

C.P.

CORRIENTE A

PLENA CARGA

TAMAÑO

NEMA DE

ARRANCA-

DOR

CORRIENTE A

PLENA CARGA

TAMAÑO

NEMA DE

ARRANCA-

DOR

A 127 V A 220 V

124.33 1/6 4.0 1 2.3 1

186.5 1/4 5.3 1 3.0 1

248.66 1/3 6.5 1 3.8 1

373 1/2 8.9 1 5.1 1

559.5 3/4 11.5 1 7.2 1

746 1 14.0 1 8.4 1

1119 1 1/2 18.0 1 10 1

1492 2 22.0 1 13.0 1

2238 3 31.0 2 18.0 1

3730 5 51.0 2 29.0 1

5595 7 1/2 72.0 3 42.0 2

7460 10 91.0 3 52.0 2

225

Tabla 12.7.6 Tamaño NEMA de los arrancadores para motores trifásicos (REFERENCIA: NEMA ICS-2-1993)

W H.P.

CORRIENTE

A PLENA

CARGA

TAMAÑO

NEMA DE

ARRANCA-

DOR

CORRIENTE

A PLENA

CARGA

TAMAÑO

NEMA DE

ARRANCA-

DOR

A 220 V A 440 V

0.373 1/2 2.1 1 1.0 1

0.560 3/4 2.9 1 1.5 1

0.746 1 3.8 1 1.9 1

1.119 1 1/2 5.4 1 2.7 1

1.490 2 7.1 1 3.6 1

2.230 3 10.0 1 5.0 1

3.730 5 15.9 1 7.9 1

5.600 7 1/2 23.0 1 11.0 1

7.46 10 29.0 2 15.0 1

11.19 15 44.0 2 22.0 2

14.92 20 56.0 3 28.0 2

18.65 25 71.0 3 36.0 2

22.38 30 84.0 4 42.0 3

29840 40 109.0 4 54.0 3

37.300 50 136.0 4 68.0 3

44.760 60 161.0 4 80.0 4

55.950 75 201.0 5 100.0 4

74.600 100 259.0 5 130.0 4

93.250 125 326.0 5 163.0 4

119.900 150 376.0 6 183.0 5

149.2 200 502.0 6 251.0 5

226

Tabla 12.7.7 Arrancadores para motores jaula de ardilla a tensión reducida (REFERENCIA: INFORMACIÓN DE FABRICANTE)

TIPO DE ARRANCADOR

CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE EN % DE VALORES A PLENA CARGA

LIMITACIONES VENTAJAS

tensión al motor

corriente de línea

corriente del motor

par de arranque

Directo a la línea

(tensión plena)

100

600

600

150

Toma de alta corriente de linea durante el arranque lo cual afecta:

1.- CARGA: El alto par de arranque resultado de un arranque repentino al

accionar la máquina puede causar esfuerzos no deseados

2.- CAPACIDAD EN EL SISTEMA DE SUMINISTRO: Las limitaciones del

sistema pueden prohibir la alta corriente de arranque cuando se arranca un motor

grande a tensión plena 3.- LOCALIZACIÓN DEL MOTOR: La

caída de tensión debido a la corriente de arranque cuando el motor esta localizado a una distancia considerable de la fuente

de potencia, puede causar que otros arrancadores salgan de la línea

1.- Simplicidad. 2.- El menos costoso y debe ser usado cuando las limitaciones

no sean aplicables

* Un arrancador de dos piernas (conectado en delta abierta) se suministra como estándar y satisface la mayoria de los requerimientos. El autotransformador de tres piernas (una pierna por fase) el cual provee corrientes balanceadas durante la aceleración, se puede suministrar sobre pedido.

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TIPO DE ARRANCADOR

CARACTERISTICAS DE ARRANQUE EN % DE VALORES A PLENA CARGA

LIMITACIONES

VENTAJAS

tensión al motor

corriente de linea

corriente del motor

par de arranque

Reactor primario

Derivacio-nes:

50 65 80

300 390 480

300 390 480

25 62 64

1.- Utiliza dos contactos y un reactor.

De ahí que cuesta más y requuiere mayor espacio que un arrancador a tensión plena. 2.- Bajo factor de potencia durante el arranque.

1.- Es el arancador a tensión reducida más económico para aplicaciones a 2400 V y mayores. 2.- Esencialmente de transición cerrada (el motor no es desconectado de la linea durante la transición del arranque a tensión reducida a la marcha a tensión plena). Esto reduce los inconvenientes de transitorios por interrupciones. 3.- Las derivaciones de tensión permiten el ajuste de la tensión de arranque. 4.- Adecuado para largos períodos de arranque.

Auto- transformador

Derivacio-nes

50 65 80

300 390 480

300 390 480

25 62 64

1.- Utiliza tres contactos, y un autotransformador. De ahí que cueste más y requiera mayor espacio que el tipo reactor primario (Necesita dos secciones verticales estándar). 2.- Bajo factor de potencia durante el arranque.

1.- Provee el más alto par por ampere de corriente de línea. 2.- Lo mismo que para el arrancador. 3.- Con reactor primario. 4.-La corriente en el motor es mayor que la corriente de línea durante el arranque, lo cual produce el mismo par de arranque que en el arrancador con reactor primario pero con la corriente de línea reducida.

228

SECCIÓN 2: SELECCIÓN DE INSTALACIONES MECÁNICAS 1. POZOS PROFUNDOS 1.1 INTRODUCCIÓN El presente capítulo se enfoca a la selección de equipos de bombeo para su instalación en pozos profundos y a los arreglos típicos de pozos. El tema de la selección del equipo mecánico está íntimamente ligado con la sección 1: Proyecto Mecánico, de este mismo manual en especial con lo referente al comportamiento de las bombas, el cálculo de la carga dinámica total y cálculo del empuje axial; ya que en su desarrollo se dan las bases teóricas para obtener los datos requeridos en la selección del equipo de bombeo; al final del capítulo es necesario tener la retroalimentación de temas de la sección 1, tales como: válvulas, medidores de flujo, de presión y sonda de nivel, porque en este capítulo sólo se hacen recomendaciones generales sobre la selección de un determinado tipo de equipo, pero no se llega a una descripción detallada de sus características. En el enfoque presentado en este capítulo se toma en cuenta la interrelación entre los datos de aforo del pozo y las características técnicas del equipo de bombeo, para obtener el mejor aprovechamiento del sistema. Por último se dan recomendaciones para aprovechar las características técnicas de los equipos de bombeo y contar con mayores elementos de juicio para la selección. 1.2 INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO En el proceso del desarrollo de un proyecto para el abastecimiento de agua potable, por medio de pozos, a una población se requiere información básica para seleccionar el equipo que cubra todas las necesidades. A continuación se describe la información básica mínima que debe ser suministrada por el responsable del proyecto y/o el usuario. a) Curva de aforo del pozo El aforo consiste en efectuar la medición del nivel del agua que se presenta en el interior del pozo, cuando se extrae de él un determinado gasto. Estas mediciones se efectúan para una gama amplia de gastos. El aforo se realiza después de haber efectuado el desarrollo del pozo, removiendo cualquier capa compactada que esté actuando como sello del acuífero, incrementar la porosidad y permeabilidad del material adyacente al tubo de ademe y estabilizar el filtro, creando una formación natural de grava contra el ademe. El desarrollo del aforo del pozo se deberá realizar totalmente; de no ser así, al instalarse el equipo de bombeo correspondiente al equipamiento definitivo del pozo, tendrá que realizarse para completar el proceso de desarrollo, con el consiguiente deterioro que le provoca a la bomba el manejo de arenas y sedimentos.

229

Del análisis de aforo del pozo se determinará el gasto de extracción, los niveles estáticos y dinámicos, la calidad del agua a bombear, limitaciones por el diámetro del ademe y su longitud. El gasto de aforo debe quedar definido y perfectamente respaldado por el estudio geohidrológico, con el objeto de garantizar la vida útil del pozo. b) Nivel estático El nivel estático es el espejo del agua que se presenta cuando no está trabajando un pozo. Este nivel servirá para determinar si una bomba lubricada por agua se proyectará con tanque prelubricador o no, ya que para niveles estáticos mayores a 15 m, el equipamiento del pozo deberá considerar la utilización de dicho tanque. c) Nivel dinámico El nivel dinámico se presenta cuando al pozo se le extrae un gasto determinado, abatiéndose el nivel estático hasta un punto en el cual se estabiliza. Este nivel tiene variaciones con el tiempo, debido a cambios climáticos, perforación de más pozos en la zona, etc., los cuales deberán ser determinados en el estudio geohidrológico perteneciente a la zona donde se localiza el pozo. La longitud total de la columna de la bomba se determinará teniendo en cuenta este nivel dinámico y un margen razonable para abatimientos futuros, considerando que la vida económica de un pozo es de 25 años y la del equipo de bombeo de 15 años [11]. Bajo estas circunstancias es necesario analizar el empuje axial, considerando la longitud total de columna elegida y de esta manera tener elementos de decisión para seleccionar el tipo de bomba. Como un criterio para dejar una determinada longitud adicional de columna para abatimientos futuros, se debe tomar en cuenta la reducción en el nivel dinámico que se presentará en 3 años de trabajo (26,280 hrs) incluyendo la sumergencia requerida por NPSH. Este dato deberá estar sustentado por el estudio geohidrológico del lugar donde se localiza el pozo o la batería de pozos. Esta información también es necesaria para el diseño de la cimentación del equipo. d) Gasto de diseño Normalmente la red de distribución de agua potable a una población no se conecta directamente con la descarga de un pozo, debido principalmente a que antes debe tratarse químicamente el agua, o sea potabilizarla, lo cual se realiza generalmente en un tanque de almacenamiento, donde llega la descarga de uno o más pozos y también porque el gasto de un sólo pozo puede ser menor o exceder el gasto de demanda de la población, por lo tanto el tanque o cisterna sirve como medio de control para la operación del pozo y el abastecimiento de agua a la población. Por lo anterior es necesario distinguir entre el gasto de diseño de un pozo y el gasto de diseño para abastecimiento de agua a una población. El primero estará en función del gasto que permita explotar adecuadamente el pozo, como el valor promedio ( o cercano a éste ) de aforo, por ejemplo, y con el cual se seleccionará el equipo de bombeo; y el segundo será función del número de habitantes y de las características

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de las actividades económicas de la población y donde probablemente sea necesario disponer de más de un pozo para cumplir con dicho gasto. La selección del equipo de bombeo depende de los datos disponibles sobre las características del pozo con el fin de establecer el gasto óptimo, es decir, aquel que representa la mayor cantidad de agua extraída del pozo al menor costo. Como regla general se tiene que la cantidad de agua extraída de un pozo que se opera 24 horas al día, es la más económica, comparada con la que se bombea de manera intermitente. La excepción a la regla es cuando la tarifa de energía eléctrica es más elevada en las horas pico, por lo cual es más conveniente trabajar la bomba sólo en las horas donde la tarifa es la más baja (se recomienda consultar, con la compañía, que suministra la energía eléctrica, la tarifa vigente de la zona). Cuando existe esta limitante, el gasto por extraer del pozo será aquel que resulte de dividir la demanda requerida en un día, entre las horas de trabajo de la bomba. Esta situación obliga a seleccionar el equipo de bombeo a su máxima eficiencia; por lo tanto, cuando existen fluctuaciones grandes en la carga dinámica del equipo y, por consiguiente, en el gasto, se prefiere la selección de equipos con curvas de eficiencia máxima de rango amplio, con el objeto de que tales variaciones no afecten grandemente el costo del agua extraída. Como se mencionó anteriormente, la selección del gasto de extracción de un pozo es aquella que representa la obtención del agua al menor costo, excepto cuando, por razones de abastecimiento, se tenga que equipar el pozo con bombas que proporcionen un gasto ligeramente mayor al de diseño, en lugar de buscar como solución el perforar otro pozo que satisfaga el incremento de gasto requerido. Para éste caso es recomendable que el gasto de extracción no sobrepase los límites de producción del pozo. La fluctuación de la carga dinámica total traerá consigo una variación en el gasto, por lo que será conveniente revisar la curva de aforo para obtener información que lleve a determinar la longitud de columna requerida, así como también un probable límite por arrastre de arenas. Un cuidadoso análisis de los datos de aforo determinará la elección del tipo de lubricación del equipo de bombeo; es decir, un pozo productor de arena no podrá ser equipado con una bomba sumergible y lo más recomendable será la utilización de una bomba lubricada por aceite. e) Carga dinámica total, máxima y mínima Las variaciones de la carga dinámica total en un pozo se deben básicamente a los cambios en el nivel dinámico y las condiciones que prevalecen en su descarga, es decir, que el pozo esté conectado a una batería de pozos, a la línea de distribución o descarga a un tanque. Para esto último, se analizarán dos casos representativos: Descarga de un sólo pozo a un tanque.- Éste caso es el que representa menos variación, ya que la carga dinámica total está compuesta principalmente por las cargas estática y dinámica, las pérdidas en la columna y en la línea de conducción, incluyendo accesorios.

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Como un criterio de selección puede considerarse que el punto de operación del equipo deberá estar localizado ligeramente a la derecha del punto de máxima eficiencia, con el objeto de que al presentarse abatimientos futuros se opere en dicho punto. Esta condición de trabajo es la mejor, ya que siempre se operará dentro del intervalo de mayor eficiencia. (ver figura No. 1-1). Cabe aclarar que en la selección de un equipo se hace mucho énfasis en que éste debe trabajar en el punto de mayor eficiencia, por las siguientes razones: • Menor consumo de energía • Funcionamiento con bajas vibraciones y menor desgaste Descarga de un pozo a la red de distribución o línea de interconexión de pozos.- Para la selección del equipo deberá considerarse la carga máxima y mínima a la cual estará sujeto el equipo de bombeo, tomando en cuenta que el rango de operación deberá estar dentro del intervalo de la NPSH requerida marcada en la curva que presenta el fabricante. (ver figura No. 1-2), y la NPSH disponible del sistema. El criterio para establecer el rango de operación estable de la bomba centrífuga está en función del gasto mínimo continuo estable, normalmente indicada por el inicio de la curva de NPSHR, y de la NPSH disponible en el sistema. No obstante si se desea tomar como criterio las eficiencias de la bomba entonces se deberá consultar con el fabricante el valor del gasto mínimo con el cual la bomba operará sin problemas de cavitación. Para la condición en la cual el rango de trabajo es amplio, se preferirán equipos de bombeo cuyas curvas de eficiencia en su punto máximo no declinen bruscamente, con el objeto de que las variaciones que se presenten en la carga dinámica total no sean reflejadas en una gran disminución de la eficiencia y el gasto. Para ejemplificar esta característica, se efectúa la comparación entre 2 equipos de bombeo (ver figura No. 1-3), de la cual se concluye que el cuerpo de tazones 10 GMC tiene un rango de trabajo mejor que la del modelo 12 AC, ya que su curva de eficiencia no cae rápidamente por lo que representa una mejor selección en el caso de tener variaciones en la carga dinámica total.

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Figura 1.1 Selección del equipo de bombeo con variación debida al abatimiento

del nivel dinámico

Figura 1.2 Selección del equipo de bombeo con variación en la carga

manométrica y abatimiento del nivel dinámico

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Figura 1.3 Comparación entre los rangos de operación y forma de la curva de

eficiencia de dos bombas Habrá que tomar en cuenta que el último pozo de la batería está sujeto a las mayores variaciones en la carga y el que está más próximo al sitio de entrega presentará el menor rango de variación en la curva de operación del equipo. Dado que la variación en la presión de descarga es el común denominador en esta aplicación se recomienda lo siguiente en la selección de las bombas: La utilización de impulsores semiabiertos debe ser analizada para determinar el grado de elongación de la flecha, ya que este desplazamiento puede causar un arrastre del impulsor y ocasionar que el equipo de bombeo trabaje a una menor eficiencia. En la carga dinámica total se deben incluir las pérdidas de carga que se deben a la fricción en la columna y cabezal de descarga auxiliándose de figuras como la 1-4 y la 1-5 para bombas verticales tipo turbina y la 1-6 y 1-7 para bombas sumergibles que pueden encontrarse en la información técnica que presentan los fabricantes en sus catálogos. Se deberá verificar que la potencia requerida por el equipo a carga mínima (gasto máximo) no sobrepase la potencia nominal del motor.

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f) Topografía del sitio de operación El análisis de las características topográficas del lugar permitirá hacer un diseño adecuado de la instalación, considerando algunos factores como la posibilidad de que la zona sea de inundación o de clima extremoso. g) Abatimientos esperados Los abatimientos que se esperan durante la vida útil del pozo deben ser obtenidos del estudio geohidrológico, para prever la longitud de columna total del equipo. Esta longitud se tomará en cuenta para el cálculo del empuje axial máximo del equipo de bombeo.

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Figura 1.4 Pérdida de carga para tubería de columna

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Figura 1-4a Pérdida de carga para tubería de columna

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Figura 1.5 Pérdida de carga para cabezales de descarga

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Figura 1.6 Pérdida de carga para tuberías de acero al carbón

Figura 1.7 Pérdida de carga para codos de 90º

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h) Longitud y diámetro del tubo de ademe Para la selección del equipo de bombeo se requiere conocer el diámetro del tubo de ademe, con el objeto de verificar si existe la suficiente holgura para que el cuerpo de tazones pueda pasar libremente, algunos pozos se construyen en forma telescópica, es decir, en el brocal del pozo el diámetro de ademe es mayor y, conforme se profundiza, el diámetro disminuye gradualmente, por lo cual debe tenerse especial cuidado en estos casos, para que el diámetro exterior del cuerpo de tazones sea menor que el del tubo de ademe. Para la selección de un equipo de bombeo en el cual no se cuenta con 51 mm (2") de holgura recomendada por los fabricantes entre el diámetro exterior del cuerpo de tazones y el diámetro interior del tubo de ademe, se recomienda aumentar la velocidad de rotación del equipo, ya que esto permitirá disminuir el diámetro del cuerpo de tazones. Para ejemplificar lo anterior considérese una bomba vertical operando con un gasto de 50 lps que, a una velocidad de 1760 r.p.m., el cuerpo de tazones tiene un diámetro exterior de 289 mm (11 3/8"), mientras que para una velocidad de 3550 r.p.m. se tiene un diámetro de 193.6 mm (7 5/8"). Una solución de este tipo puede adoptarse cuando el pozo no es productor de arena. i) Calidad del agua bombeada y presencia de arena La calidad del agua y la presencia de arena determinan las características de los materiales a utilizar en la fabricación del equipo, el tipo de lubricación y tipo de impulsor más adecuado. La producción de arena en un pozo es uno de los mayores problemas que afectan a un sistema que se abastece de agua por este medio, ya que provoca daños a impulsores, tazones, columnas de descarga, válvulas, líneas de conducción, red de distribución y otros componentes, reduciendo su vida útil e incrementando los costos de mantenimiento. j) Verticalidad del pozo La verticalidad del pozo es un parámetro de suma importancia, ya que un pozo que no deje pasar al cuerpo de tazones completamente libre o si la columna del equipo tiende a inclinarse, será inapropiado que se equipe con bombas verticales tipo turbina, debido a que se presentarían problemas en la flecha de transmisión, por lo que un equipo sumergible será la opción más conveniente. La falta de verticalidad en un pozo tiene como consecuencia lo siguiente: 1.- El equipo de bombeo requerirá de reparaciones muy frecuentes en las flechas de línea. 2.- La bomba trabajará con vibraciones que no son imputables a la falta de rectitud de las flechas de línea o errores en su maquinado. 3.- Las flechas de línea se desgastarán fuertemente de un solo lado, en vez de desgastarse uniformemente. En las bombas con motor sumergible se puede presentar rotura del cuerpo de tazones, debida a la flexión generada por la falta de verticalidad del pozo.

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En la figura 1.8 se ilustra el registro de verticalidad de un pozo con una desviación notable, dejando un área de paso muy reducida, la cual será el parámetro de selección para el diámetro máximo en el equipo de bombeo. También resulta de utilidad, dibujar en el registro de verticalidad, a una escala conveniente, la columna y cuerpo de tazones de la bomba, con el objeto de verificar que no se tengan desviaciones en su verticalidad.

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Figura 1.8 Registro de verticalidad de un pozo

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k) Altura sobre el nivel del mar Este dato será utilizado para saber la presión atmosférica y calcular la NPSH disponible. La información que se presente en la hoja de datos de la bomba deberá analizarse con los criterios anteriores, con el objeto de efectuar la mejor selección del equipo para las condiciones de trabajo requeridas. Se deberá tener, como mínimo, la información siguiente: - Gasto de diseño - Carga dinámica total, máxima y mínima - Tipo de bomba - Diámetro de la columna de descarga - Diámetro de la flecha - Longitud de la columna de descarga de la bomba - Diámetro máximo permisible del cuerpo de tazones - Tipo de lubricación del equipo - Tipo de impulsor - Potencia recomendada del motor 1.3 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO 1.3.1 Bombas verticales tipo turbina Las bombas verticales tipo turbina se diseñan para operar en un pozo profundo y su designación se hace con base en el diámetro exterior, es decir, un modelo de tazón 12 tendrá un diámetro de 289 mm (11 3/8") y un modelo 10 lo tendrá de 238 mm (9 3/8") . En cuanto a la lubricación de las chumaceras de columna de las bombas existen dos tipos; lubricadas por aceite y por agua. Chumaceras de columna lubricadas por agua (ver figura 1.9) La propiedad del agua como lubricante se aprovecha en esta aplicación para lubricar las chumaceras de las flechas de la columna. Desde luego el agua que se utiliza es la misma que se bombea del pozo, por lo tanto debe estar libre de arena para evitar el desgaste excesivo del elastómero de la chumacera y de la sección de contacto de la flecha con la chumacera. Si el nivel estático es mayor a 15m, se deberá utilizar el sistema de prelubricación, ver fig. 1.10. Chumaceras de columna lubricadas por aceite Si el agua del pozo contiene arena, entonces la lubricación de las chumaceras de columna deberá hacerse por medio de aceite. El sistema de lubricación por aceite consiste de un pequeño recipiente, que suministra aceite por gravedad a las chumaceras y una camisa que cubre totalmente las flechas y chumaceras de columna, normalmente un tubo, aislándolas del contacto del agua y evitando de esta forma la contaminación del aceite.

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La tabla 1.1 es un resumen de lo expuesto con respecto a la lubricación Tipos de impulsores Cuando se elige un impulsor cerrado o semiabierto para bombas verticales tipo turbina, las siguientes consideraciones deben ser tomadas en cuenta: La eficiencia y carga total permanecen constantes en los impulsores cerrados, a pesar de que sufra cambios el ajuste de los impulsores. Este ajuste es la distancia que se deja desde la posición de descanso del impulsor en el tazón hasta el punto en que el flujo de salida no interfiere con la posición de los álabes difusores.

Tabla 1.1 Lubricación de bombas verticales tipo turbina

CONDICIÓN LUBRICACIÓN

AGUA ACEITE

POZOS PRODUCTORES DE

ARENA

NO SI

POZOS CON TUBERÍA DE ADEME

REDUCIDA Y SIN ARENA

SI (*) NO

BOMBAS CON ARRANQUE

AUTOMÁTICO

SI SI

AGUAS CON LIMO Y ARCILLA FINA EN

SUSPENSIÓN

NO SI

(*) Para este caso se deberá verificar que el diámetro del tubo de ademe tenga el suficiente espacio para aceptar el cuerpo de tazones. Los impulsores semiabiertos tienen que ser ajustados de una manera muy precisa, debido a que requieren tener el juego axial adecuado para obtener así la máxima eficiencia, por lo que una variación sensible de la carga dinámica total afectará el empuje, provocando que el claro dejado entre el impulsor y el tazón se vea afectado, variando de esta manera la eficiencia del equipo.

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Figura 1.9 Columnas: Lubricación con agua y aceite

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Figura 1.10 Sistema de prelubricación por agua Los impulsores semiabiertos pueden ser tan eficientes como los cerrados o aún superarlos, si el maquinado es fino (ver figuras. 1.11 y 1.12), pero, para conseguirlo se depende de una holgura cerrada entre impulsor y tazón la cual puede incrementarse en poco tiempo de servicio, lo que no sucede con los impulsores cerrados. Aunque los impulsores semiabiertos no deben ser considerados inatascables, pueden manejar mayor cantidad de arena que los cerrados. Si la producción de arena es considerable, los impulsores semiabiertos pueden ser ajustados para disminuir el gasto de extracción, hasta que el pozo se haya limpiado. Una vez logrado este objetivo, los impulsores pueden ser bajados a su ajuste normal, dando las condiciones de operación con poco desgaste en el equipo.

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En la figura 1.13 se puede ver como varía la eficiencia con el claro entre el impulsor y tazón. Para incremento en el juego axial de 1.27 mm. (0.050"), la eficiencia varía de 83 por ciento a 77.4 por ciento al operar la bomba a 38 l/s (600 GPM). Tamaño del motor para accionamiento de la bomba La norma ANSI / AWWA E101-88, en la parte A sección A-4.1, recomienda, para las bombas verticales tipo turbina, que el tamaño del motor “debe ser el apropiado para operar continuamente la bomba, arriba del rango de operación especificado sin que la carga (potencia) exceda el rango de placa del motor”, especifica además que el motor debe ser a prueba de goteo con aislamiento clase B y factor de servicio de 1.15. Para definir el tamaño del motor de la bomba se debe efectuar el cálculo de la potencia requerida conforme al procedimiento descrito en el capítulo 1 sección 1 de este manual, adicionándose, al valor calculado, la pérdida de potencia por fricción mecánica en la flecha de columna o línea. El cálculo de la pérdida de potencia se hará auxiliándose de la figura 1.14.

Figura 1.11 Curva característica de una bomba vertical tipo turbina con impulsor semiabierto

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Figura 1.12 Curva característica de una bomba vertical tipo turbina con impulsor cerrado

Figura 1.13 Curva característica con impulsor semiabierto a diferentes juegos

axiales

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Figura 1.14 Pérdida por fricción mecánica en flechas de columna

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Empuje axial y elongación de la flecha de columna El empuje axial , empuje hidráulico y empuje por el peso de las partes rotatorias, y la elongación de la flecha de columna o línea son dos parámetros importantes que deben ser cuantificados con el fin de seleccionar adecuadamente el cojinete de empuje y conocer la deformación axial de la flecha para compararla con el juego axial del tazón. Las características del empuje axial se describen ampliamente en la sección 1, capítulo 3 de este manual donde también se indica el procedimiento de cálculo. La constante de empuje, denominada comúnmente como Ke, es propia de cada modelo de tazón, porque depende precisamente de su diseño, por eso los fabricantes presentan, junto con la curva característica o en los datos técnicos del tazón, la curva de la constante de empuje o bien los valores en forma tabular, como los que se muestran en la figura 1-15. También la potencia que puede transmitir la flecha esta limitada por el empuje axial, el tamaño de la flecha, el tipo de material y la velocidad de rotación; la figura 1-16 muestra la potencia máxima que transmiten las flechas de acero al carbón de 25.4 mm. (1.0“) a 55.56 mm. (2.187”) de diámetro. 1.3.2 Bombas sumergibles Una bomba sumergible es el conjunto motor-bomba con acoplamiento directo entre ellos, formando una unidad compacta sumergida en el agua del pozo. Esta condición obliga a que el motor sea de diseño esbelto para alojarse en el tubo de ademe, y en consecuencia su construcción es de 2 polos. Cabe aclarar que existen motores de menor velocidad, pero los que más comúnmente se utilizan son los de 2 polos. Por estas características en su diseño la velocidad síncrona es de 3600 r.p.m., por lo cual su aplicación más conveniente es cuando el agua esta libre de arenas, dado que el desgaste se incrementa con la velocidad de rotación.

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CONSTANTE DIÁMETRO LÍMITE PESO MODELO DE DE LA DE HOLGURA PASO ÁREA ESPESOR DEL IM-

DEL EMPUJE FLECHA PRESION JUEGO DE DEL OJO DE PA- W R2 PULSORTAZÓN ANILL

O DE

CHUMA CERA-

AXIAL ESFERA DEL IM PULSOR

RED EN PLG.

Lb - ft2 Y FLECHA

S T D BALAN CEADO

S T D MÁX. PIES P S I DES GASTE-

PLG. POR PASO

Lb- NJ 6AXS 2,0 3/4. 3/4. 1315 570 0,006 9/32 3/16 2,1 1/4 0,022 1,5 NJ 6AS 2,0 3/4. 3/4. 1315 570 0,006 9/32 1/4 2,1 1/4 0,02 1,5

NJ 6AXC 2,4 3/4. 1 1190 515 0,011 0,006 7/32 3/16 2,5 1/4 0,052 3 NJ 6AC 2,4 3/4. 1 1190 515 0,011 0,006 7/32 1/4 2,5 1/4 0,046 3 NJ 6BS 3,2 1 1 1260 545 0,007 5/16 3/8 4,2 1/4 0,036 2,5 NJ 6CS 3,2 1 1 1260 545 0,007 5/16 3/8 4,2 1/4 0,03 2,5 NJ 6DS 3,2 1 1 1260 545 0,007 5/16 3/8 4,2 1/4 0,064 2,5 NJ 6EC 4,0 1,9 1 1 1260 545 0,014 0,007 11/32 1/2 6,4 1/4 0,054 3

NJ 7AWC 2,9 1,4 1 3/16 1 3/16 1180 510 0,012 0,008 1/2 1/4 4 9/32 0,19 6,5 NJ 7AXC 3,5 1,4 1 3/16 1 3/16 1180 510 0,012 0,008 1/2 1/4 4 9/32 0,14 6,5 NJ 7AC 3,0 1,4 1 3/16 1 3/16 1180 510 0,012 0,008 1/2 1/4 4 9/32 0,14 6,5

NJ 7APC 3,5 1,4 1 3/16 1 3/16 1180 510 0,012 0,008 1/2 1/4 4 9/32 0,14 6,5 NJ 7BC 3,5 2,5 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,013 0,008 13/32 5/16 5,4 1/4 0,068 5 NJ 7CC 3,5 2,5 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,013 0,008 13/32 15/32 5,4 1/4 0,09 5 NJ 7BS 3,8 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,008 13/32 5/16 5,4 1/4 0,072 5 NJ 7CS 3,8 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,008 13/32 15/32 5,4 1/4 0,068 5 NJ 8AC 3,5 1,5 1 3/16 1 1/4 1155 500 0,013 0,008 7/16 3/8 5,4 5/16 0,188 7 NJ 8CC 5,4 2,5 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,013 0,008 7/16 9/16 9,2 9/32 0,282 10 NJ 8EC 6,8 3,4 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,013 0,008 9/16 9/16 12,8 9/32 0,317 11 NJ 8BS 6,3 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,008 11/32 1/2 9,2 9/32 0,152 7,5 NJ 8CS 6,3 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,008 5/16 9/16 9,2 9/32 0,124 7,5 NJ 8ES 7,8 1 3/16 1 3/16 1040 450 0,008 15/32 13/16 12,8 9/32 0,13 7

NJ 10AC 6,9 3,2 1 1/2 1 11/16 800 345 0,013 0,008 15/32 1/2 10,6 9/32 0,556 14 NJ 10BC 8,0 3,8 1 1/2 1 11/16 800 345 0,013 0,008 13/32 5/8 13,9 9/32 0,526 14 NJ 10CC 8,0 3,8 1 1/2 1 11/16 800 345 0,013 0,008 3/8 3/4 13,9 9/32 0,5 14 NJ 10DC 8,5 4,7 1 1/2 1 11/16 800 345 0,015 0,008 19/32 7/8 18,1 9/32 0,55 14 NJ 10EC 9,0 4,7 1 1/2 1 11/16 800 345 0,015 0,008 15/32 1 18,1 9/32 0,456 14 NJ 10CS 9,6 1 1/2 1 1/2 800 345 0,008 3/8 3/4 13,9 9/32 0,25 10 NJ 10DS 11,2 1 1/2 1 1/2 800 345 0,008 1/2 1 18,1 9/32 0,228 11 NJ 10ES 11,2 1 1/2 1 1/2 800 345 0,008 1/2 1 1/8 18,1 9/32 0,293 11

NJ 10EMC 5,3 1 1/2 1 11/16 760 330 0,013 0,008 19/32 9/16 8,3 9/32 0,684 17 NJ 10GMC 6,2 3,6 1 1/2 1 11/16 760 330 0,013 0,008 15/32 13/16 12,3 9/32 0,74 20 NJ 10GHC 6,2 3,6 1 1/2 1 11/16 760 330 0,013 0,008 7/16 7/8 12,3 9/32 0,88 20 NJ 11EHC 6,3 2,5 1 11/16 1 15/16 810 350 0,013 0,009 3/4 3/4 13,2 5/16 1,12 25 NJ 11EHS 6,3 1 11/16 1 11/16 810 350 0,009 3/4 3/4 13,2 5/16 1,04 18 NJ 12AC 9,0 4,0 1 11/16 1 15/16 925 400 0,013 0,009 3/4 1/2 12,8 3/8 0,914 20 NJ 12CC 11,2 5,3 1 11/16 1 15/16 760 330 0,015 0,009 5/8 7/8 21,5 5/16 0,914 20 NJ 12DC 11,6 5,9 1 11/16 1 15/16 760 330 0,015 0,009 7/16 1 25,2 5/16 0,854 19 NJ 12EC 11,5 5,9 1 11/16 1 15/16 760 330 0,015 0,009 7/16 1 1/8 25,2 5/16 0,834 19 NJ 12CS 14,0 1 11/16 1 11/16 760 330 0,009 5/8 7/8 21,5 5/16 0,68 16 NJ 12ES 15,4 1 11/16 1 11/16 760 330 0,009 7/16 1 1/8 25,6 5/16 0,472 13

NJ 12EMC 9,0 2,3 1 11/16 1 15/16 700 305 0,015 0,009 25/32 11/16 12,6 5/16 1,82 29 NJ 12EHC 7,0 4,0 1 11/16 1 15/16 700 305 0,015 0,009 9/16 13/16 12,6 5/16 1,82 29 NJ 12GMC 9,1 1 11/16 1 15/16 700 305 0,015 0,009 5/8 1 20,7 5/16 1,85 30 NJ 13CLC 18,0 6,6 1 11/16 1 15/16 740 320 0,015 0,009 13/16 1 29,5 5/16 2,42 33 NJ 13CMC 18,0 6,6 1 11/16 1 15/16 740 320 0,015 0,009 13/16 1 29,5 5/16 2,28 33 NJ 13CHC 18,0 6,6 1 11/16 1 15/16 740 320 0,015 0,009 13/16 1 29,5 5/16 2,28 33 NJ 14AC 11,5 5,6 1 15/16 2 3/16 730 315 0,015 0,010 5/8 3/4 19,8 3/8 2,92 34 NJ 14BC 11,0 5,6 1 15/16 2 3/16 730 315 0,015 0,010 5/8 3/4 19,8 3/8 2,54 31 NJ 14CC 17,0 8,2 1 15/16 2 3/16 610 265 0,015 0,010 7/8 1 29 5/16 2,12 36 NJ 14DC 17,5 9,0 1 15/16 2 3/16 610 265 0,015 0,010 15/32 1 1/8 35,4 5/16 3,04 37 NJ 14EC 14,0 9,0 1 15/16 2 3/16 610 265 0,015 0,010 15/32 1 1/4 35,4 5/16 2,5 31 NJ 14DS 18,0 1 15/16 1 15/16 610 265 0,010 17/32 1 3/8 36,7 5/16 1,77 30

Figura 1.15 Datos técnicos

251

DIÁMETRO DE POTENCIA TRANSMITIDA PERMISIBLE ( HP ) , CON RESPECTO AL EMPUJELA FLECHA Y AXIAL ( lb ) DE : PESO POR PIE ( R.P.M ) 500 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000

1" 3550 126 126 125 124 122 117 - - 1770 62 62 62 62 61 58 - -

Ks = 2.8 1170 41 41 41 41 40 38 - - 880 30 30 30 30 30 28 - - 100 3.6 3.6 3.5 3.5 3.4 3.3 - -

1 1/4 3550 - 234 233 232 231 227 221 - 1770 - 116 116 116 115 113 110 -

Ks = 4.2 1170 - 77 77 76 76 74 73 - 880 - 57 57 57 56 55 54 - 100 - 6.6 6.6 6.6 6.5 6.4 6.2 -

1 1/2 3550 - - 410 409 407 404 399 364

1770 - - 204 204 203 201 199 181

1170 - - 135 135 134 133 131 120 Ks = 6.0 880 - - 100 100 99 99 97 82

705 - - 81 81 81 80 79 72

100 - - 11.6 11.5 11.5 11.4 11.3 10.3

1 11/16 3550 - - 605 604 603 600 596 566

1770 - - 301 301 300 299 297 282

1170 - - 199 199 198 197 196 186 Ks = 8.1 880 - - 148 148 147 147 146 138

705 - - 120 120 119 119 118 112

585 - - 99 99 99 98 98 93

100 - - 17.1 17.0 17.0 16.9 16.8 16.0

TAMAÑO R.P.M. 3000 5000 7500 10000 20000 30000 50000 65000

1 15/16 3550 918 916 913 909 877 823 - - 1770 457 457 455 453 437 410 - - 1170 302 302 301 299 289 271 - -

Ks = 10.6 880 225 224 223 222 215 201 - - 705 182 182 181 180 174 163 - - 585 151 151 150 149 144 135 - - 100 25.87 25.82 25.73 25.61 24.73 23.2 - -

2 3/16 1770 620 620 618 616 601 577 - - 1170 410 409 408 407 397 381 - - 880 305 304 303 302 295 283 - -

Ks = 13.6 705 247 246 246 245 239 229 - -

585 205 204 204 203 198 190 - -

505 177 176 176 175 171 164 - -

100 35.07 35.03 34.94 34.82 34.01 32.6 - -

Figura 1.16 Potencia que pueden transmitir las flechas de acuerdo al empuje

252

Una bomba sumergible viene equipada con válvula de no retroceso ("check"), colocada en la descarga del cuerpo de tazones, la cual evita arrancar el equipo de bombeo con la tubería vacía y la carga súbita a la bomba por el retorno del líquido. El empuje axial es absorbido por un rodamiento tipo Kingsbury, lubricado por aceite o por agua localizado en la parte inferior del motor. Los motores sumergibles podrán absorber, ocasionalmente, potencia adicional a la nominal dentro del rango de su factor de servicio, por lo que se deberán analizar todas las condiciones posibles de carga con el objeto de no llegar a sobrepasar permanentemente la potencia nominal. La frecuencia de arranques en este tipo de motores deberá reducirse al mínimo con el fin de no sobrepasar los arranques permisibles recomendados por el fabricante. La temperatura máxima de operación del motor deberá estar en función del tipo de aislamiento de sus devanados, y éste a su vez de la temperatura máxima de bombeo. Para la selección de una bomba sumergible se deben tener en cuenta los siguientes factores: 1.- Los fabricantes [6] de motores sumergibles limitan la temperatura del agua a 30 °C como máximo con el fin de garantizar la potencia nominal y el buen funcionamiento del motor. 2.- El tamaño del cuerpo de tazones y del motor deberá estar en función del diámetro del tubo de ademe. 3.- Un pozo que a pesar de haberlo desarrollado, limpiado y aforado, aún sigue siendo productor de arena, no debe emplear un equipo sumergible en su equipamiento. 4.- En la selección del motor se deberá verificar que la potencia en todo el rango de trabajo no sobrepase la potencia de placa del motor. 5.- El cálculo de la carga axial, la capacidad de la flecha para transmitir la potencia de motor y la presión máxima del cuerpo de tazones, se deberán efectuar en forma similar a como se realiza en las bombas verticales. 6.- La presión hidrostática máxima que resiste el motor eléctrico es de 15 kg/cm2 (6B). Algunos fabricantes restringen este dato a 1.47Mpa (12 kg/cm2) (6A). 1.3.3 Materiales de construcción La selección más común de los materiales para bombas de pozo profundo es la que se señala en la tabla 1.2, denominada materiales de construcción para bombas de pozo profundo. Cuando el agua tiene PH menor a 7, es decir, con características ácidas, el material que se seleccionará para tal fin, es una bomba construída toda de bronce como el B 145 por ejemplo.

253

Los materiales de construcción que se indican en la tabla 1.2 son los más comunes que se eligen para el manejo de agua potable y son además los recomendados por la AWWA. En los casos en los cuales se presente arena, que es muy frecuente en pozos, es recomendable el uso de materiales resistentes a la abrasión, siendo una opción el uso de bronces al aluminio. La utilización de aceros inoxidables es también una opción factible, pero debe utilizarse con la seguridad de que no se presente corrosión galvánica entre los materiales que estén en contacto con el fluido. La selección de materiales deberá hacerse de acuerdo con los estándares del HIS, sección de materiales.

Tabla 1.2 Materiales de construcción para bombas de pozo profundo

NOMBRE MAS COMÚN ALTERNATIVA Impulsor Bronce

ASTM B 145 Hierro fundido

ASTM A 48 - 30 Tazón Hierro fundido

ASTM A 48 - 30

Flecha del cuerpo de tazones

Acero inoxidable ASTM A 276 - 416

Flecha motriz (Flecha de la columna)

Acero al carbón ASTM A 108 - 1045

Tubo de columna

Acero al carbón ASTM A 120


Cabezal Hierro fundido ASTM A 48 -30


1.3.4 Parámetros de selección En la selección de un equipo de bombeo es necesario analizar los siguientes parámetros: eficiencia, carga neta de succión positiva (NPSH) requerida y disponible, forma de la curva, limitaciones en la carga y número de pasos. Eficiencia. La eficiencia de una bomba se puede localizar en catálogos de curvas características proporcionadas por fabricantes de equipos de bombeo. Número de pasos. El número de pasos se obtiene dividiendo la CDT entre la carga por tazón y luego cerrando el número de estos de acuerdo con catálogos de curvas de fabricante. 1.3.5 Evaluación para la selección final Para la selección de un equipo de bombeo es conveniente seguir los siguientes pasos: a) Conocer las condiciones de operación del equipo de bombeo, teniendo especial cuidado de conocer con exactitud la carga dinámica total máxima y mínima de operación.

254

b) Analizar la información básica del proyecto para elegir el tipo de bomba más conveniente. c) De la preselección efectuada con anterioridad, encontrar cuando menos 3 fabricantes que cumplan con las condiciones de operación que requiere el sistema. d) La selección debe contemplar que los equipos trabajen a la menor velocidad, cuando se requiera resistencia a la abrasión, larga vida útil y bajo costo de mantenimiento. e) En los pozos es necesario considerar el abatimiento que se presentará a futuro, por lo que es conveniente tomar las previsiones necesarias en el cálculo de la potencia y el empuje axial, cuando se trate de pozos con mucha profundidad. f) En las curvas de los equipos seleccionados se deberán indicar los puntos de operación, máximo y mínimo, con el fin de verificar los gastos de operación con los datos de aforo y tener la seguridad de operar dentro del rango de explotación del pozo. g) Calcular la potencia del equipo a carga mínima (o flujo máximo), para que no se exceda la potencia nominal del motor. h) Comparar la NPSH requerida por el equipo de bombeo con la NPSH disponible del sistema y ver que el valor de esta última sea mayor. i) Consultar con el fabricante el juego axial máximo del tazón y compararlo con la elongación que pueda sufrir la flecha de la bomba. Los impulsores semiabiertos están limitados en cuanto a estos ajustes, ya que su eficiencia depende del juego existente entre tazón e impulsor. j) Comprobar que el empuje axial total de la bomba sea menor al que puede soportar el cojinete de empuje colocado en el motor. El margen de tolerancia dependerá de la confiabilidad de los datos de diseño. Si fuera el caso de que todas las condiciones de diseño anteriormente descritas hayan sido tomadas en cuenta, bastará tener un 10 por ciento de margen, con respecto a la capacidad total de los baleros de carga del motor. La tabla 1.3 es un resumen para la selección de las bombas

255

Tabla 1.3 Selección de equipos de bombeo para pozo profundo

CONDICIÓN PRESENTE BOMBA VERTICAL TIPO TURBINA

BOMBA SUMERGIBLE

TUBERÍA DE ADEME NO VERTICAL

NO SI

AGUA CON TEMPERATURA ARRIBA DE 30 °C (PUNTO

1.3.2)

SI NO

NPSH DISPONIBLE BAJO SI SI POZOS PRODUCTORES DE

ARENA SI NO

POZOS CON TUBERÍA DE ADEME REDUCIDA

NO SI

BOMBAS CON ARRANQUE AUTOMÁTICO

SI SI

AGUAS CON LIMO O ARCILLA FINA EN SUSPENSIÓN

SI NO

1.4 ARREGLOS TÍPICOS DE POZOS 1.4.1 Con bomba vertical tipo turbina En las figuras 1.17 y 1.18 se presenta un arreglo típico en la tubería de descarga y válvulas de un pozo, con bomba vertical tipo turbina, en el cual se aprecian los siguientes aspectos: a) Instrumentación Como instrumentación en el sistema de bombeo en un pozo se recomienda que tenga lo siguiente: 1.- Un manómetro antes de la válvula de retroceso ("check"), el cual tendrá la función de indicar la presión en la descarga de la bomba y permitirá seguir su comportamiento. Su instalación debe contemplar una válvula de seccionamiento y un amortiguador de pulsaciones. El rango del manómetro debe incluir la presión que el equipo de bombeo desarrolle a válvula cerrada. 2.- La sonda de nivel tiene como objeto determinar los niveles estático y dinámico, los cuales son un factor importante en el cálculo de la carga dinámica total. La lectura de estos niveles permitirá tener elementos que indiquen cuando es necesario incrementar la columna de la bomba. También es útil para determinar si la disminución en el gasto del equipo es debida al desgaste del equipo de bombeo o al abatimiento excesivo del nivel dinámico en el pozo (ver sección 1, capítulo 7 de este manual). 3.- El medidor de gasto proporciona el valor del caudal que se está extrayendo del pozo y si esos valores se totalizan durante un intervalo de tiempo, entonces se determina el grado de explotación del acuífero; con los valores del gasto y de

256

otras variables como la carga, la intensidad de corriente y la tensión del motor se puede calcular la eficiencia del equipo. Este medidor es conveniente colocarlo después de la válvula de no retroceso ("check").

Figura 1.17 Arreglo típico de un pozo con bomba vertical tipo turbina

E L E V A C I Ó N

Figura 1.18 Arreglo típico de un pozo con bomba vertical tipo turbina

P L A N T A

257

4.- El electronivel evita que el equipo de bombeo trabaje en seco. La instalación debe hacerse de tal manera que los electrodos se coloquen donde inicia la columna de descarga del equipo. También es necesario que este nivel se fije tomando en cuenta la sumergencia del equipo. Esta recomendación da la confiabilidad de que la bomba siempre trabaje con lubricación. En el caso de que se quiera controlar el pozo de manera automática, se deberá contar con un relevador de tiempo (timer) que limite el tiempo entre arranque y paro al que recomiende el fabricante del motor. 5.- Cuando se requiere controlar la operación del pozo por medio de la presión de descarga, es necesario colocar en la descarga un interruptor de presión, que permita parar el equipo cuando éste ha llegado a la presión límite. Este sistema de control puede utilizarse cuando el pozo descarga a una línea de distribución y se requiere parar el equipo cuando opere a un gasto menor al mínimo. El control efectuado de esta manera debe estar ligado con las variables del motor, como la intensidad de corriente (I) así como también no sobrepasar la capacidad de carga del cojinete del motor por la acción del empuje axial. b).- Válvulas 1.- La válvula de admisión y expulsión de aire tendrá la función de desalojar todo el aire contenido en la columna de descarga de la bomba, para no crear problemas en la línea de conducción. En el caso de la admisión de aire a la columna, evitará que los empaques sean succionados por el vacío que se genera al bajar la columna de agua. Su correcta selección debe incluir el mecanismo que pueda regular el área de salida de aire. 2.- La válvula de retención evitará el regreso de la columna de agua al pozo. Su lugar apropiado de colocación será inmediatamente después del cabezal de descarga del equipo de bombeo. Para pozos se recomienda la utilización de asientos de bronce al aluminio que, por su dureza, aumentan la vida útil de la válvula. a).- Válvula de retención tipo columpio Las válvulas de retención tipo columpio están diseñadas para abrir rápidamente y cerrar en forma automática, cuando se invierte el sentido del flujo. Los rangos de presión y temperatura de operación de este tipo de válvula depende de su clase y material de construcción; por ejemplo un fabricante [ 6g ] la suministra con cuerpo de hierro e internos de bronce en clase 125 para 1.03MPa (10.5 Kg/cm²) (150 psi) y temperaturas de 29 °C a 66 °C o en clase 250 para 3.43MPa (35 Kg/cm²) (500 psi) al mismo rango de temperatura. Para aplicaciones en alta presión existen en el mercado válvulas en acero al carbón en clase especial (2500 RTJ) para 34.53MPa (352 Kg/cm²) (5000 psi) y 93 °C (200 °F). b).- Válvulas de retención de disco inclinado. La válvula de disco inclinado es la que ocasiona menos pérdidas de carga entre todos los diseños de válvulas de no retroceso ("check"). Para aprovechar al máximo las ventajas de este tipo de válvulas

258

se recomienda la utilización de sellos de bronce al aluminio y su selección se deberá efectuar dentro de los límites de velocidad que el fabricante recomienda. 3.- Las válvulas de seccionamiento que comúnmente se emplean en el equipamiento de un pozo son: a).- Válvula de compuerta. Este tipo de válvula es la más empleada para seccionar la descarga de un pozo. Debido a que su diseño requiere de sellos metal a metal, en pozos donde la bomba arrastra arenas este tipo de sello se daña muy fácilmente, provocando fugas en la válvula. Para estos casos, debido a sus características de sellado, se recomienda el uso de válvulas de mariposa. b).- Válvula tipo compuerta de asiento resilente. Este tipo de válvulas es el más recomendable para su uso en los desfogues de los pozos, ya que por el arrastre de arenas todas aquellas válvulas que tienen asiento de metal a metal se deterioran con cierta facilidad. 4.- La válvula aliviadora de presión tiene la función de proteger la línea de conducción de las sobrepresiones generadas por fenómenos transitorios. En el caso de que la válvula aliviadora de presión sea el único instrumento de protección del sistema, se recomienda que su válvula de seccionamiento no se cierre cuando el pozo esté trabajando, ya que alguna falla en la energía eléctrica puede dejar sin protección a la línea de conducción. 5.- La válvula de desfogue tiene la función de desalojar el agua que se ha estancado en el pozo. Es conveniente dejarla abierta durante el arranque del pozo para desalojar arenas o limos, ya que no es deseable su inyección a la línea. Otra de las funciones de esta válvula es la de proporcionar un medio para aforar al pozo. Debido a que esta válvula se utiliza al iniciarse la explotación del pozo y/o durante las pruebas de aceptación del equipo se recomienda que el sello sea de un material sintético. Se recomienda su instalación después del medidor de gasto. 1.4.2 Con bomba sumergible En las figuras 1.19 y 1.20 se presenta el arreglo típico del pozo con bomba sumergible. a).- Instrumentación La instrumentación para un pozo con equipo sumergible o vertical, tipo turbina, es el mismo; sólo cambia el criterio de colocación del electronivel. La colocación del electronivel deberá estar en función de la sumergencia requerida por la bomba. b).- Válvulas 1.- La válvula de no retroceso ("check") se suministra con los tazones de descarga de la bomba. La colocación de otra en la tubería de descarga sólo tendría justificación

259

cuando el golpe de ariete fuera de una magnitud que no se pudiera aliviar con una válvula para tal fin o que el pozo fuera productor de arena, de tal manera que la válvula de retención tendría una vida útil reducida; por lo que al contar con otra válvula en la descarga ayudaría a evitar el regreso del agua bombeada. 2.- La válvula de admisión y expulsión de aire no se justifica, ya que la columna de descarga siempre se encuentra llena. La selección de materiales y características de instalación se indican ampliamente en la sección 1, capítulo 4 de este manual. Aquí se señala la función que desarrollan en la línea de descarga de un pozo.

Figura 1.19 Arreglo típico de un pozo con bomba sumergible

E L E V A C I Ó N

260

Figura 1.20 Arreglo típico de un pozo con bomba sumergible

P L A N T A

261

1.5 EJEMPLO DE SELECCIÓN PARA BOMBA VERTICAL TIPO TURBINA 1.5.1 Datos del proyecto a).- Diagrama de instalación, figura 1-21 b).- Datos y curva de aforo del pozo, figuras 1-22 y 1-23 De los registros de aforo se concluye lo siguiente: El pozo se desarrolló durante 72 h. y después se efectuó el aforo. De su análisis se determinó que existe arrastre de arena. c).- Gasto de diseño De la curva de aforo del pozo encontramos que el gasto de diseño es de 63 l/s. d).- Carga dinámica total máxima y mínima. Los datos para calcular la carga dinámica total son:

•El nivel de descarga en el tanque de regulación y del espejo del agua son de 1517.35 y 1450 respectivamente •El nivel dinámico considerando abatimiento futuro es de 1350 •La pérdida de carga en la columna de la bomba y en la tubería y accesorios de conducción es de 1.45 m

e).- Abatimientos esperados El abatimiento que se prevé que ocurra en un periodo de 15 años es de 20m. f).- Diámetro y longitud del tubo de ademe El diámetro es de 406 mm (16") La longitud es de 150 m (1500-1350) más la longitud del cuerpo de tazones y más una longitud adicional de 5 m. g).- El análisis del agua reporta un índice de Langelier positivo, lo cual indica que el agua presenta precipitación de carbonatos de calcio. h).- Verticalidad del pozo El resultado de esta prueba indica que el pozo tiene ligeras desviaciones, y que puede admitir tazones con un diámetro no mayor a 355.6 mm (14"). i).- Altura sobre el nivel del mar El sitio de operación está a 1500 msnm.

262

Figura 1.21 Diagrama de la instalación

263

Pozo No.________Localización___________________________________________________________ CARACTERÍSTICAS DEL POZO Profundidad total 250 m Diámetro ademe 406 mm ( 16 " ) Longitud ademe liso _______ m Ranurado__________ m Nivel estático 50 m CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA Marca________Longitud columna_______No. Tazones______ Diámetro de la columna 8 " . Diámetro tubo descarga 8 " . Diámetro orificio__________ MOTOR Marca _______________________ Modelo _________________ Potencia___________ HP ETAPA DE__________________________________________________________________________

FECHA

HORA

PROF. NIVEL ( m )

ABAT. EN ( m )

ALTURA PIEZÓMETRO

EN ( cm )

GASTO l.p.s.

R.P.M.

OBSERVACIONES

TERMINA DESARROLLO INICIA AFORO

05/07/90 7:00 112 50.00 1800 8:00 112 50.00 1800 9:00 130 63.00 1900 10:00 130 63.00 1900 11:00 130 63.00 1400 12:00 130 63.00 1900 13:00 130 63.00 1900 14:00 130 63.00 1950 15:00 140 70.00 1950 16:00 140 70.00 1950 17:00 140 70.00 1950 18:00 140 70.00 1950 19:00 140 70.00 1950 20:00 147 75.00 1950 21:00 147 75.00 1950 22:00 154 80.00 2030 23:00 154 80.00 2030

Hoja______de _______

REALIZÓ ______________________________ SUPERVISÓ ________________________________

Figura 1.22 Datos de aforo de un pozo

264

Figura 1.23 Curva de aforo de un pozo

1.5.2 Procedimiento de selección El siguiente procedimiento se auxilia de la información generada en el cálculo de la carga dinámica total, siendo un proceso iterativo para la selección del equipo. 1.- La carga dinámica total en el inicio de la operación es de 154.00 mca. Considerando el abatimiento futuro de 20 m, la carga dinámica máxima será de 174 m. 2.- Debido a que se presentan arenas en el aforo del pozo, la recomendación para su equipamiento es con equipos verticales tipo turbina. Esta misma característica del agua obliga a que la lubricación sea por aceite, para proteger a la flecha de partículas abrasivas. Otro parámetro que reafirma esta selección es la dureza del agua, que tiende a formar incrustaciones, dañando la superficie de contacto entre flecha y chumacera. 3.- La velocidad de rotación es de 1760 r.p.m. 4.- Se consideró en el cálculo los empujes con el abatimiento esperado a futuro.

265

5.- Con las siguientes condiciones de operación, localizamos el punto de diseño en las curvas características de tres bombas de modelos diferentes, figuras 1.24, 1.25 y 1-26.

CDT = 74 mca (570.72 pies)

Q = 63 l/s = 0.063 m³/seg (1000 GPM)

NPSHD = 10.66 mca En la siguiente tabla se muestran los datos relevantes de las 3 bombas donde puede notarse que cumplen satisfactoriamente con las condiciones de operación requeridas por el proyecto. En casos como éste donde todos los equipos de bombeo cumplen hidráulicamente con los requerimientos, se deben tomar en cuenta parámetros como la eficiencia y el impacto en el mantenimiento; para la selección del equipo la bomba 3 presenta las ventajas, sobre las otras dos, de mejor eficiencia y menor número de pasos, por lo tanto se tendrán menores costos de operación y mantenimiento. Por estas razones el equipo seleccionado es el numero 3 cuya curva de operación se presenta en la figura 1.26.

Carga máxima H = 174m c a H / paso = 15.81 m Q = 63 l/s 11 pasos

Figura 1.24 Curvas características de bombas centrífugas verticales

266

Q = 63 l/s ( 1000 GPM ) H = 174.0 mca = 570.72 PIES 23 PASOS BOMBA 2


267


268

BOMBAS Tabla Comparativa

1 2 3

Q (lps) 63 63 63

H (m) 174 174 174

NPSHD (m) 10.66 10.66 10.66

NPSHR (m) 3.96 1.80 3.90

η(%) 83 80 83.5

Potencia de bombeo (kw/hp)

127.65/171.0

132.44/177.4

126.89/170.0

Potencia adicional por pérdidas

en columna y en balero (kw/hp)

6.17/8.28

6.17/8.28

6.00/8.04

Potencia total requerida (kw/hp) 133.82/179.2 138.61/185.2 132.89/178

Potencia de motor (kw/hp) 149.25/200 149.25/200 149.25/200

Cantidad de pasos 11 23 7 6.- El equipo seleccionado es el de la figura 1.26 7- El empuje axial de la bomba es de 4125.7 kg. y el balero de carga del motor soporta 5,500 kg 1.5.3 Cálculos Datos: 1.- Gasto de diseño = 63 l/s 2.- Carga estática total = 167.35 m 3.- Longitud de la columna = 150 m 4.- La NPSH disponible es:

NPSH disponible = ( )Pa - Pv 10

+ h - Hfγ

Presión atmosférica = 0.084MPa (0.861 kg./cm2) abs (8.64 mca) Carga de succión = 2.5 m Presión de vapor (30ºC) =0.0042MPa (0.0429 kg./cm2) abs (0.43 mca) Pérdidas en la succión = 0.05 mca

NPSH disponible = ( )0.861 - 0.0429 10

0.9859 + 2.5 - 0.05 = 10.74 mca.

5.- Las pérdidas por fricción en la tubería de descarga, válvulas y codos son de 1.45 m, y se calculan de acuerdo con el procedimiento descrito en la sección 1, capítulo 1.

269

6.- Las pérdidas por fricción de la columna y cabezal de descarga se calculan de acuerdo con el siguiente procedimiento, auxiliándose de las figuras correspondientes: a).-Pérdidas en la columna de descarga (ver figura 1.4)

Q= 63 l/s (1,000 GPM) = 0.063 m³/seg Ø col = 203 mm (8")

Hf = 3.2 m/100 m

Para 150 m de columna Hf = 4.8 m

b).- Pérdida de carga para cabezales de descarga. (Ver figura 1.5)

Q = 63 l/s (1,000 GPM) Ø col = 203 mm (8")

Hf = 0.15 m 7.- La carga dinámica total es:

H = (167.35 + 1.45 + 4.80 + 0.15) mca = 173.75 mca ≈74 mca 8.- De la figura 1.26 la eficiencia de la bomba es 83.5 por ciento 9.- La potencia requerida por la bomba es:

PotenciaQ H 102

0.063 x 174 x 985.9102 x 0.835 126.89Kw= = =γ

η

Potencia 126.89 Kw 170.0 hp= =

10.- Pérdida de potencia en la flecha a).- Pérdida por fricción mecánica en flechas de columna. (Ver figura 1.14) Ø flecha = 42.86 mm (1 11/16") Velocidad = 1770 r.p.m. Hf = 1.119 kw/30.48 m (1.5 hp/100 pies) Hf = 1.119 kw x 150 m/30.48m Hf = 5.50 kw (7.38 hp) 11.- Empuje axial a) Peso de impulsores y flecha La bomba tiene 7 pasos y cada impulsor tiene un peso de 9.10 kg., por lo tanto el peso total es de 63.7 kg. El peso de la flecha de columna de bombeo es de 7.61 kg/m, por lo que considerando el abatimiento futuro, la longitud total será de 150 m con un peso de 1,141 kg.

Peso total = 1204.7 kg b) Empuje hidráulico (Eh) De acuerdo con el procedimiento descrito en la sección 1, capítulo 3 de este manual el empuje hidráulico es:

Eh = Ke x H x ρr

270

La carga al cierre, por paso, de la bomba seleccionada es: 29 mca La carga total al cierre H es: 29 mca x 7 = 203 mca La constante de empuje hidráulico Ke de la bomba es: 9.42 Kg/m Sustituyendo valores:

Eh = 9.42 x 203 x 0.9859 = 1,885.29 Kg Empuje axial = 1,885.29 + 1,204.7 = 3,089.99 Kg

12.- Pérdida de potencia en el balero de carga

Pérdida de potencia (kW) ( )( )

=× ×

0.0123 RPM Empuje axial100 1,000 1.34

Pérdida de potencia (kW) = =0.0123 x 1770 x 3089.99

100 x 1,000 x 1.34 0.5

13.- Potencia total requerida por la bomba

Potencia (kW) = 5.50 + 0.5 + 126.89 = 132.89 14.- Elongación de la flecha Se elige una flecha con un diámetro de 42.86 mm (1 11/16"), la cual transmite una potencia de 223.13 kW (299 hp), con una pérdida de 1.1191 kW/30.48 m (1.5 hp/100 pies) El peso de la flecha es de 7.61 kg/m y su área es de 14.42 cm² (2.24 plg²) La elongación de la flecha [4] será:

( )( )EAEh

eL

=

donde: L = Longitud de flecha, en metros Eh = Empuje hidráulico, en kg A = Área de la flecha, en cm² E = Módulo de elasticidad, en Pa o kg/cm2 (1kg/cm²=98100Pa)

)(0.378" mm 9.61 = m 0.00961 32039381.15 14.42

1885.29 150e =

××

=

Si se desea calcular en unidades inglesas, entonces se deberá utilizar la siguiente fórmula:

( )( )( )

( )e =

12L CDT KA E

= 12 L Eh

29 10 A6×

Donde: L está en pies, Eh en lbs, A en plg² y E en lb/plg² La elongación de la columna [4] es:

( )( )( )e

W LA E

=

271

donde: W = Peso del agua contenida en la columna, kg L = Longitud de la columna, m A = Área transversal del tubo de columna en cm² E = Módulo de elasticidad del material = 2039381.153 kg./cm² para acero al carbón (29 000000 lb/plg²)

e4854X150

314.125X2039381.1530.001136m= =

Si se desea utilizar unidades inglesas entonces se deberán utilizar las siguientes unidades: W en libras, L en pies, A en plg² y E = 29 000000 lb/plg². La elongación de la columna es de:

e = 1.13 mm (0.044") Por lo tanto la elongación relativa er es de:

er = 9.61 mm - 1.13 mm = 8.48 mm (0.383") El juego axial del tazón es de 15.88 mm (5/8") (Ver figura 1.15) Si se contempla trabajar el equipo de bombeo a válvula cerrada, el cálculo anterior se deberá efectuar para tal condición, verificando con el fabricante del equipo que el juego axial requerido sea de tal magnitud que permita tener el desplazamiento que requiere el impulsor. Comentarios referentes al empuje axial: Cuando se tengan problemas de empuje axial se recomienda analizar los siguientes aspectos: a) Seleccionar un impulsor con una constante de empuje menor al que se eligió. b) Solicitar al fabricante un tazón con juego axial especial que permita absorber la carrera del impulsor. Esta solución implica variar el diseño de línea, requiriendo la adecuación de los modelos, tanto de tazones como de impulsores, con los incrementos del costo y del tiempo de entrega, ver figura 1.27. Problemas de este tipo son difíciles de encontrar; pero cuando se tiene mucha profundidad en el nivel dinámico y agua, con una temperatura mayor a la ambiente, se presentaran expansiones térmicas que requerirán de una solución de este tipo. c) Seleccionar el equipo con impulsores de bajo empuje axial Este diseño de impulsores consiste en comunicar la parte superior e inferior del impulsor, aliviando la diferencial de presión; además se cuenta con un anillo de desgaste en la descarga del impulsor, de manera que el área expuesta a la zona de alta presión se reduce, ver figura 1.27.

272

d) Seleccionar un motor con rodamiento Kingsbury, el cual está diseñado para resistir una mayor carga que los rodamientos convencionales. El rodamiento Kingsbury requiere de agua para el enfriamiento del aceite lubricante.

Figura 1.27 Impulsor de bajo empuje axial y tazón con carrera axial extralarga

273

1.5.4 Resumen de cálculo y selección DATOS DE PROYECTO

a).- CAPACIDAD 63 l/s

b).- CARGA DINÁMICA TOTAL 174 mca

c).- NPSH DISPONIBLE 10.74 mca

d).- VELOCIDAD DE ROTACIÓN DE LA

BOMBA

1770 R.P.M

e).- EFICIENCIA DEL TAZÓN 83.5 %

f).- POTENCIA REQUERIDA POR EL

CUERPO DE TAZONES

126.89 kW

g).- PÉRDIDA DE POTENCIA EN LA

FLECHA

5.5 kW

h).- PESO DE IMPULSORES Y FLECHA 1204.7 kg

i).- EMPUJE HIDRÁULICO 1885.29 Kg

j).- EMPUJE AXIAL TOTAL 3089.99 Kg

k).- PÉRDIDA DE POTENCIA EN EL

BALERO DE CARGA

0.5 KW

l).- POTENCIA REQUERIDA 132.89 kW

ll).- CAPACIDAD DEL COJINETE DE

EMPUJE EN EL MOTOR

5,500 kg

m).- ELONGACIÓN DE LA FLECHA 9.61 mm 1.6 EJEMPLO DE SELECCIÓN PARA BOMBA SUMERGIBLE Si el pozo no fuera productor de arena y el tubo de ademe estuviera desviado, el equipo adecuado sería una bomba sumergible (ver figura 1.27). Como el procedimiento de selección es similar al que se indica en el ejemplo de selección con bomba vertical tipo turbina, solo se mencionarán aquellos puntos donde existe variación. 1.6.1 Cálculos Del punto 1 al 3 los datos son iguales al cálculo del ejemplo anterior. 4.- Las pérdidas por fricción de la columna y codo de descarga, se calculan de acuerdo con el siguiente procedimiento, auxiliándose de las figuras correspondientes:

274

a).- Pérdidas en la columna de descarga. (Ver figura 1.6)

Q = 63 l/s (1,000 GPM) Ø col = 203 mm (8")

Hf = 1.8 m/100 m Para 150 m de columna

Hf = 2.70 m b).- Pérdida de carga para codo de descarga (Ver figura 1.7)

Hf = 0.05 m 5.- La carga dinámica total es:

H = 167.35 + 1.45 + 2.70 + 0.05 m = 171.55. Aproximando se tendrá:

H = 172.00 mca 6.- La eficiencia del cuerpo de tazones es 75 por ciento, de acuerdo a la figura 1.28 7.- Cálculo de la potencia de bombeo Nb

( )( )

( ) ( )189.80hp141.64kw0.75102

1000172 0.063 102 HQ

Nb ===ηγ

8.- Empuje hidráulico En este caso también se considera el abatimiento futuro de 20 m y la carga H al cierre. De la figura 1.28 la carga al cierre por paso es de 41.9 m.c.a y la carga H total al cierre es de 293.3 m.c.a. (41.9 x 7 pasos). Empuje hidráulico = Ke x H x ρr donde: Ke = 10.13 kg/m ρr = 0.995 Eh = 10.13 x 293.3 x 0.995 = 2956.3 kg 9.- La NPSH requerida por el equipo es de 13.71 m (45 pies), por lo que la sumergencia H será:

275

Figura 1.28 Curva característica de bomba sumergible

13.71 = 8.64 + H - 0.43 H = 5.5 m

Si se toma un margen de 3 m sobre este valor, la sumergencia por NPSH será de 8.5 m

276

1.6.2 Resumen de cálculo y selección

a).- CAPACIDAD 63 l/s (1000 GPM)

b).- CARGA DINÁMICA TOTAL 172.0 mca (564.16 pies)

c).- MARCA Y MODELO DE LA

BOMBA

NASSA/JOHNSTON-NJ8EC

O SIMILAR

d).- VELOCIDAD DE ROTACIÓN DE

LA BOMBA

3500 R.P.M.

e).- EFICIENCIA DEL TAZÓN 75 %

f).- POTENCIA REQUERIDA POR EL

CUERPO DE TAZONES

139.64 kw (187.13 hp)

g).- EMPUJE HIDRÁULICO 2972.5 kg

h).- CAPACIDAD DEL BALERO DE

CARGA DEL MOTOR

8,000 kg

277

BIBLIOGRAFÍA. 1.- VERTICAL TURBINE, MIXED FLOW AND PROPELLER PUMPS JOHN L. DICMAS 2.- PUMPING STATION DESIGN ROBERT L. SANKS 3.- PUMPS AND PUMPING ION I. IONEL 4.- CENTRIFUGAL PUMP CLINIC IGOR J. KARASSIK 5.- TURBINE AND PROPELLER PUMPS FAIRBANKS MORSE 6.- DATOS TÉCNICOS DE DIFERENTES FABRICANTES a).- KSB b).- OCELCO c).- FAIRBANKS MORSE d).- NASSA-JOHNSTON e).- INDUSTRIAL TORREÓN f).- LAYNE g).- WALWORTH 7.- BOLETÍN TÉCNICO BALVERING JORGE FENYVESI E 8.- AWWA E 101 VERTICAL TURBINE PUMPS-LINE SHAFTS AND SUBMERSIBLE TYPES 9.- HIDRAULIC INSTITUTE STANDARDS FOR CENTRIFUGAL, ROTARY & RECIPROCATING PUMPS 10.-IMPROVING WELL AND PUMP EFFICIENCY OTTO J. HELWEG VERNE H. SCOTT JOSEPH C. SCALMANINI AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION 11- CENTRIFUGAL PUMP KSB

278

2. PLANTAS DE BOMBEO DE AGUAS CRUDAS Y TRATADAS 2.1 INTRODUCCIÓN El presente capítulo, se enfoca principalmente a la selección y arreglo de equipo mecánico de bombeo para una planta que abastece agua cruda o potable. El contenido se sustenta en criterios y recomendaciones para elegir uno de los diversos tipos de bombas centrífugas. Las características topográficas del sitio de la obra, las condiciones de operación hidráulicas del sistema, y los criterios de diseño son algunos de los factores más importantes que se deben tomar en cuenta para definir el tipo de equipos y número de unidades a utilizar. Se presentan algunos ejemplos de selección con equipos verticales y horizontales para orientar al lector sobre el procedimiento de selección. El enfoque que se presenta, pretende encontrar la solución más conveniente para las condiciones y necesidades de operación de un sistema definido. Los temas tratados en la sección 1, de este manual están ligados con este capítulo para conocer las consideraciones teóricas, necesarias para la determinación de los datos requeridos en él y durante el proceso de selección de los equipos. No se puede hablar de que un tema en particular tenga mayor o menor importancia por que en el diseño de una planta de bombeo se requiere de un conocimiento general de los temas que fueron desarrollados en éste manual. 2.2 INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO El proyecto previo a la construcción de una planta de bombeo de aguas crudas y tratadas, requiere de una serie de datos que permitan tomar las decisiones sobre sus características de diseño. A continuación se describen algunos parámetros y/o conceptos que ayudarán al Ingeniero de Proyecto a seleccionar los equipos de bombeo. La información que se presenta aquí, se complementa con los conceptos tratados en la sección 1 de éste manual. Como primer paso, es necesario conocer el gasto que se requiere bombear, así como las etapas requeridas del proyecto. Estos datos proporcionarán los parámetros necesarios para tomar la decisión de la modulación, número de los equipos de la planta y las características del equipo futuro. El gasto de cada equipo de bombeo estará ligado con diferentes condiciones, que se pueden resumir en los siguientes puntos: - En una planta de bombeo que abastece a una planta potabilizadora, el gasto

entregado por los equipos de bombeo, deberá ser adecuado para satisfacer la modulación con la cual fue diseñada la planta potabilizadora.

279

- Si el caso fuera el de abastecer a una ciudad, la capacidad y el número de equipos sería función de la demanda de la población, teniendo muy claro el horizonte de proyecto o las etapas con las cuales se quiera construir las obras.

- Cuando se tienen plantas de bombeo en serie, la modulación deberá ser

analizada en base a la diferencia en gasto que se presenta al trabajar los equipos a gastos parciales, y con estos valores dimensionar los tanques que se requieran para regular el volumen de líquido que se bombea.

- El gasto de los equipos también puede ser función de la limitante que se tiene en

cuanto al tamaño de los equipos de bombeo o de los accionadores disponibles que se construyen en el país o de la disponibilidad de energía.

- Para el caso de abastecer a un tanque de almacenamiento, o un tanque de

regulación, el gasto deberá seguir la curva de demandas, para evitar arranques y paros continuos de los equipos de bombeo.

2.2.1 Tipo y características de la captación El tipo y características de la captación del fluido en particular, llevará a la selección de las condiciones de operación de acuerdo con las características del sitio donde se construirá la planta. La selección de los componentes será determinada por las necesidades propias de la operación, el tipo y las características del sitio, es decir; dará la información para definir la geometría de los diferentes elementos constitutivos, tales como cárcamos, desarenadores, canal de llamada, etc. Asimismo impondrá las necesidades de contar con accesorios de control, limpieza e instalaciones asociadas (compuertas, rejillas, casa de máquinas, centro de control de motores, etc.). Cuando una planta de bombeo se encuentra alejada del sitio de la captación y a un nivel inferior, es conveniente aprovechar la energía disponible (carga) generada por este desnivel. Un ejemplo de esto sería el caso en que la captación estuviera en la cortina de una presa. Si la conducción se efectúa mediante canales o se lleva el agua hasta un cárcamo ubicado dentro de la planta de bombeo, se estará incurriendo en el error de desperdiciar toda la carga estática. Un diseño así se considera poco eficiente. Una solución más ventajosa deberá contemplar el diseño de un ducto y un múltiple de succión hasta la planta de bombeo además de la selección de bombas verticales tipo lata ( verticales tipo pozo profundo ) o la selección de bombas horizontales. Un arreglo de este tipo constituye un diseño eficiente por el ahorro de energía que se tiene con él.

280

2.2.2 Tipo de instalación Una vez conocidas las características de la captación, deberá disponerse tanto del estudio topográfico como del de mecánica de suelos del sitio donde será construida la planta y en lo posible la ruta del acueducto. Esta información permitirá elegir y determinar algunas de las características de la planta de bombeo en primera instancia. Una vez que se ha definido una posible geometría para el acueducto y tipo de instalación, deberá practicarse un análisis de las condiciones de operación hidráulicas del sistema, para definir el tipo, cantidad y características del equipo de bombeo que mejor se adapten a las condiciones que se presentan en la instalación. Este análisis pretende acotar los rangos de operación de un equipo de bombeo, para que éste sea seleccionado dentro de su rango de trabajo óptimo. 2.2.3 Línea de conducción Las características de la línea de conducción (longitud, diámetro, material, tipo de instalación etc.) así como los niveles y las pendientes en los puntos de captación, puntos intermedios y de descarga del acueducto, permitirán el análisis de una serie de datos que servirán para la determinación y trazo de la curva de operación del sistema. 2.2.4 Niveles máximos y mínimos de la captación Durante el análisis de los datos que se usarán para el trazo de las curvas del sistema, un aspecto importante lo constituyen los niveles máximo y mínimo que se presentarán dentro del sistema de captación de la planta de bombeo. La importancia de lo anterior radica en evitar en lo posible, que la variación de la carga dinámica total mínima o máxima se vuelva tan critica que dificulte la selección del equipo de bombeo, o que sea necesario el considerar el uso de equipos adicionales o de otra índole para cumplir con todas las condiciones de operación previstas. 2.2.5 Perfil del acueducto El análisis del perfil o trazo del acueducto y las condiciones de operación de los equipos de la planta ayudarán a la definición de una propuesta de solución que contemple el número y tipo de unidades de bombeo. Esta comparación de las condiciones topográficas de la conducción, operación y la propuesta de solución para la construcción de la planta y el acueducto corroborarán o desecharán el proyecto. 2.2.6 Calidad del agua bombeada La calidad del agua es un factor importante en la determinación de los sistemas de captación y bombeo, por ello es necesario conocer sus características físico-químicas; como son la dureza, densidad, presión de vaporización, cantidad presente de arenas, etc. Su importancia radica en el impacto que puede tener ésta en la

281

selección de la metalurgia de los equipos, forma y tamaño de los cárcamos, equipo de filtración, limpieza, forma de los canales, etc. 2.3 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO 2.3.1 Parámetros de selección Los conceptos y/o parámetros que se tratan en esta parte se complementan con lo que aplique del punto 1.3 del capítulo 1. El punto de operación normal ( Q-H ) de cualquier equipo de bombeo, deberá ser ubicado ligeramente a la derecha del punto de máxima eficiencia, facilitando con ello que el equipo tenga capacidad de manejar cualquier variación adicional de carga que pueda presentarse por razones de desgaste por uso normal y el envejecimiento del sistema. La ubicación de los límites de la selección del punto normal de operación durante la etapa de selección del equipo de bombeo, lo constituyen por el lado izquierdo del gráfico, el flujo mínimo estable y por el lado derecho el valor del NPSHR, la potencia demandada o la capacidad propia del diseño de la bomba. El rango de operación es mostrado en la fig. 2.1. Otro criterio para la selección del punto de operación lo constituye la ubicación de éste dentro del área de máxima eficiencia, este límite se muestra en la figura 2.2. NPSH disponible y NPSH requerido No existe un valor único establecido para el margen que debe existir entre los valores de las cargas netas positiva de succión disponible y requerida (NPSHA vs NPSHR ). A este respecto será necesario evaluar los valores del NPSHA para todas las condiciones de operación previstas y cotejar éstos con los indicados en las curvas o gráficos para las condiciones de capacidad especificadas. En caso de que el NPSHA sea un valor crítico deberán hacerse las modificaciones necesarias al proyecto buscando un diseño más adecuado a la condiciones previstas. 2.3.2 Materiales de construcción para manejo de diferentes tipos de agua La selección de los materiales para los equipos de bombeo deberá ser efectuada con conocimiento de las propiedades físico-químicas del agua, identificando la cantidad presente de carbonato de calcio, arena y algún otro elemento ajeno. Lo anterior tiene un fuerte impacto sobre la decisión de usar bombas autolubricadas. Los depósitos o sedimentos de carbonato dañan las superficie de contacto de las flechas de la columna, las caras de los sellos mecánicos y obstruyen los pasajes de los impulsores.

282

CARGA

GASTO

EFICIENCIA

100

50

0

INTERVALO DEEFICIENCIA ACEPTADO

RANGO DE OPERACIÓN

D max

D

D min

50 60 7080

70 6050

Figura 2.1 Rango de operación en función de la eficiencia

CARGA

GASTO

RANGO DE OPERACIÓN

D max

D

D min

60 % QPME

120 % QPMEQPME

PME

50 60 7080

70 6050

PME = PUNTO DE MÁXIMAEFICIENCIA

Figura 2.1 Rango de operación en función del gasto

283

La tabla siguiente muestra algunas aleaciones de uso común o frecuente por los fabricantes de equipo de bombeo.

SAE

65

ASTM

B 143

SAE

63

ASTM

B 143

ASTM

B 143

ASTM

B 145

ASTM

B 144

TIPO DE

ALEACIÓN

1A 1B 2A 4A 3ª

COBRE 89 88 88 88 88 85 80

ESTAÑO 11 10 10 86 5 10

PLOMO - - 1.5 - 1.5 5 10

ZINC - 2 - 4 4.5 5 -

FÓSFORO 0.2 - 0.25 - - - -

ESFUERZO

DE

RUPTURA (*)

35

40

35

40

34

30

25

ESFUERZO

DE

CEDENCIA (*)

-

18

-

18

16

14

12

ELONGACIÓN % 10 20 10 20 22 20 8 * Esfuerzo expresado en 6.89MPa (1000 lb/pulg2) ( kpsi ) El HIS recomienda el uso de aleaciones exentas de Zinc, entre las cuales se encuentran las SAE 63 y 65, en aquellas partes de equipo que se encontrarán en contacto con soluciones de tendencia ácida. La aleación ASTM B144-3A es muy usada en la fabricación de anillos de desgaste, camisas de flechas y en general en bombas fabricadas todas de bronce. Las aleaciones ASTM B143-1B y ASTM B143-2A son utilizadas para el manejo de agua de mar. 2.4 ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE PLANTAS DE BOMBEO La carga neta positiva de succión disponible ( NPSHA), el área disponible para la instalación de los equipos, las condiciones de operación, y un análisis económico de la inversión inicial, más los costos asociados con la operación y el mantenimiento de los equipos, son los parámetros principales para definir el tipo de bombas a usar. Una planta de bombeo cuyo nivel de captación del líquido permite el uso de bombas horizontales o verticales enlatadas o tipo turbina, requiere de un análisis comparativo técnico-económico.

284

2.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE BOMBAS VERTICALES EN PLANTAS DE BOMBEO DE CÁRCAMO HÚMEDO A continuación daremos algunas de las características más importantes que permiten el uso de equipos de bombeo del tipo vertical en una planta de bombeo de cárcamo húmedo. VENTAJAS: 1.- La existencia de diversos tipos de bombas verticales en una amplia gama de tamaños, longitudes, capacidades y potencias. 2.- El área requerida para su instalación operación y mantenimiento es notablemente pequeña, debido a que se trata de un diseño compacto. 3.- Lo reducido y compacto del equipo permite que su cimentación en ocasiones sea muy simple y que en algunos casos pueda satisfacer el requisito de la cimentación con la construcción de una simple plancha de concreto armado. 4.- Las áreas interiores de las casas de máquinas, están exentas de inundaciones. 5.- La succión de la bomba siempre esta sumergida en el líquido, por ello no requiere ser cebada para su puesta en operación. 6.- Los requerimientos de NPSHR se cumplen dando suficiente sumergencia evitando además la introducción de pequeños vórtices de aire que se generan en la superficie libre del líquido durante la operación del equipo. 7.- Este equipo de bombeo, representa la solución al fuerte abatimiento de nivel que existe en las plantas de bombeo que se encuentran instaladas en la inmediaciones de lagunas y presas o en el interior de pozos. 8.- El diseño de este equipo le permite el potencial de desarrollar mayor carga con la instalación de pasos adicionales. De un modo similar a lo anterior, daremos algunas características que pudieran dificultar o hacer impropio el uso de bombas verticales para una instalación en particular. DESVENTAJAS: 1.- Durante las actividades de reparación y mantenimiento es necesario efectuar una serie de actividades para desacoplar el motor, las tuberías de descarga y columna. 2.- Se requiere disponer de una casa de máquinas con una cubierta construida a una altura considerable, para la instalación del equipo de maniobras para el auxilio en las labores de mantenimiento o de extracción del equipo.

285

2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE BOMBAS HORIZONTALES EN PLANTAS DE BOMBEO A continuación se dan algunos aspectos que hacen adecuado el uso de bombas horizontales: VENTAJAS: 1.- Es un diseño compacto que permite el acceso para la inspección de cualquiera de sus componentes y sistemas que integran la unidad. 2.- Durante las labores de mantenimiento, el equipo puede ser inspeccionado en sus interiores sin necesidad de desacoplar el motor y las líneas de succión y descarga. 3.- No requiere cebado siempre y cuando ésta se encuentre inundada y persista una presión positiva en la succión. 4.- El espacio vertical para las maniobras de mantenimiento exige un espacio corto por encima de la bomba. Dentro de las características que impiden el uso adecuado o limitado de una bomba horizontal se encuentran: DESVENTAJAS: 1.- No es posible su uso en sistemas donde la bomba no se encuentre permanentemente inundada y con una presión positiva en la succión. Aún cuando en muchos casos se usa una válvula de pie la confiabilidad de ésta es limitada. 2.- Requiere de una cimentación robusta y profunda. 3.- El área para las maniobras de mantenimiento es mayor. 2.7 ARREGLOS TÍPICOS DE PLANTAS DE BOMBEO 2.7.1 Cárcamo - bombas verticales Las figuras No. 2-3 y 2-4 muestran una planta de bombeo de cárcamo y bombas verticales ( vistas en elevación y planta ) e indican los componentes básicos y sus auxiliares. 2.7.2 Tanque - cárcamo - bombas verticales Las figuras No. 2-5 y 2-6 muestran una planta de bombeo de tanque-cárcamo y bombas verticales ( vistas en elevación y planta ) e indican los componentes básicos y sus auxiliares.

286

2.7.3 Bombas Horizontales Las figuras No. 2-7 y 2-8 nos muestran una planta de bombeo con equipo horizontal ( vistas en elevación y planta ) e indica los componentes básicos y sus auxiliares.

287

N.A. MIN.

N.A. MAX.

103

6

25 7

4

1

9

COMPONENTES BÁSICOS

1.- BOMBA CENTRIFUGA VERTICAL2.- VÁLVULA DE NO RETORNO3.- VÁLVULA DE SECCIONAMIENTO4.- JUNTA DRESSER5.- VÁLVULA DE ADMISIÓN Y EXPULSIÓN DE AIRE6.- INTERRUPTOR DE PRESIÓN 7.- MANOMETRO8.- MEDIDOR DE GASTO9.- GRÚA

10.- VÁLVULA ALIVIADORA DE PRESIÓN (EN CASO DE REQUERIRSE)

Figura 2.3 Arreglo típico de planta de bombeo. Carcamo de bombeo -bombeo vertical--elevación-

288

7

6

32 5

41

10

8

Figura 2.4 Arreglo típico de planta de bombeo. Cárcamo de bombeo -bombas verticales- -planta-

289

7 45

23

6

1

COMPONENTES BÁSICOS

1.- BOMBA CENTRÍFUGA VERTICAL 2.- VÁLVULA DE NO RETORNO 3.- VÁLVULA DE SECCIONAMIENTO 4.- JUNTA DRESSER

6.- INTERRUPTOR DE PRESIÓN7.- MANÓMETRO

5.- VÁLVULA DE ADMISIÓN Y EXPULSIÓN DE AIRE

8.- MEDIDOR DE GASTO 9.- VÁLVULA ALIVIADORA DE PRESIÓN ( EN CASO DE REQUERIRSE )

.

Figura 2.5 Arreglo típico de planta de bombeo. Tanque -cárcamo- bombas verticales. –

Elevación -

290

9 3

3

2542

1

8

Figura 2.6 Arreglo típico de planta de bombeo.

Tanque -Carcamo- Bombas verticales. - planta -

291

N.A. MAX.

N.A. MIN.

31

5

44

7

26 3

9

COMPONENTES BASICOS

1.- BOMBA CENTRÍFUGA HORIZONTAL

2.- VÁLVULA DE NO RETORNO

3.- VÁLVULA DE SECCIONAMIENTO

4.- JUNTA DRESSER

5.- VÁLVULA ELIMINADORA DE AIRE Y PROTECCIÓN

CONTRA PÉRDIDA DE CEBADO

6.- INTERRUPTOR DE PRESIÓN

8.- MEDIDOR DE GASTO

7.- MANÓMETRO

9.- GRÚA

10.- VÁLVULA ALIVIADORA DE PRESIÓN

(EN CASO DE REQUERIRSE)


Con bombas horizontales. - elevación -

292

5

4 14

7

62 3

3 10 3

8


con bombas horizontales. - planta -

293

2.8 EJEMPLO DE SELECCIÓN: 2.8.1 Equipos de bombeo verticales El siguiente ejemplo se basa en un proyecto que contempla la operación de una planta de bombeo en dos etapas; la primera etapa contempla una operación con 510 lps y la segunda a 660 l/s. El trabajo consistirá en encontrar un arreglo de equipo que cumpla con el menor número de unidades y además opere de una manera eficiente. Las bombas empleadas, debido a que se trata de un cárcamo húmedo, son del tipo vertical en una disposición como la mostrada por la figura 2.9. 1.- Datos básicos del proyecto De la etapas del proyecto y de la figura 2.9 se obtienen los datos necesarios para el análisis y la determinación de las condiciones de operación y número de unidades de este proyecto. - Gasto de diseño por etapas: a) Primera etapa: 510 l/s b) Segunda etapa: 660 l/s - Carga estática H =45 m - Pérdidas totales Q= 660 l/s hf= 23.0 m

- Tipo de tubería de la línea de conducción Fibrocemento - Nivel del terreno natural 1,550 msnm - Niveles de operación en el cárcamo de bombeo

294

Figura 2.9 Planta de bombeo.

Equipos verticales

295

Nivel máximo 1,550.40 msnm Nivel normal 1,547.40 msnm Nivel mínimo 1,544.40 msnm Nivel del fondo del cárcamo 1,542.90 msnm - Calidad del agua bombeada Agua potabilizada, no incrustante. - Densidad relativa a temperatura de bombeo = 0.9959 - Temperatura ambiente = 30 ºC - Presión de vapor ( Pv) a 30 °C = 4208Pa (0.0429 kg/cm2) abs - Presión barométrica ( Pb) =84464Pa (0.861 kg/cm2) abs - Descripción de la localización de la planta de bombeo a).- El bombeo se localiza a la salida de la planta potabilizadora. b).- La alimentación de agua al cárcamo está en el nivel 1548.00 msnm. 2.- Análisis de los datos del proyecto. El desnivel que se presenta entre el nivel mínimo de agua y el terreno natural es de 5.60 m, lo cual implica seleccionar bombas con un NPSHR bajo o profundizar la planta de bombeo. Dadas las condiciones de niveles que se presentan en el cárcamo, un equipamiento con bombas verticales presentaría mayores ventajas que la utilización de bombas horizontales. Las características generales son: a).- El piso de motores se encuentra a 1 m del nivel de terreno natural, esto facilitará las maniobras de mantenimiento y de carga y descarga de los equipos a los vehículos de transporte. b).- Con la sobreelevación se obtienen los niveles adecuados para colocar vertedor de demasías. c).- Los accesorios del equipo se localizarán en el nivel de motores para facilitar la colocación de los atraques.

296

3.- Alternativas de selección. - Gasto de diseño a) Primera etapa: 510 l/s b) Segunda etapa: 660 l/s Considerando los datos anteriores se efectúa un análisis que nos lleve a la determinación del número de unidades, buscando el cumplimiento del gasto que se requiere para las dos etapas del proyecto en base a las siguientes opciones: - Alternativa Nº 1: Dos equipos operando en paralelo con gastos de 330 l/s. Este número de unidades estaría muy alejado de las necesidades de 510 l/s que se plantea para la primera etapa del proyecto, por esto queda fuera del análisis. - Alternativa Nº 2: Tres equipos en operación con un gasto unitario de 220 l/s. Quizás sea adecuada para las dos etapas y por ello debe ser analizada. -Alternativa Nº 3: Cuatro equipos de bombeo de 165 l/s es otra alternativa que se puede considerar en el análisis por la posibilidad de cumplir ambas etapas. Los parámetros a evaluar para la elección del número de equipos, serán aquellos que cumplan con los gastos para ambas etapas del proyecto con una buena eficiencia y número reducido de equipos. 4.- Cálculos: - Carga dinámica total del sistema: La carga dinámica total (CDT)= carga estática + las pérdidas ( en: columna, cabezal de descarga, línea de transporte y accesorios ) = 45 + 23= 68 m ( C.D.T )660 lps = 68 m - NPSH disponible del sistema:

NPSH disponiblePb Pv

h Ht=−⎛

⎝⎜

⎞⎠⎟ + −

γ10

Carga de succión ( h )=(Nivel mínimo de operación - nivel del fondo del cárcamo - distancia del fondo de cárcamo a la línea de centro del primer impulsor). Carga de succión = 1547.40 - 1542.90 - 0.6 = 3.9 m Presión de vapor ( Pv )30ºC= 4208Pa (0.0429 kg/cm2) abs

297

Pérdidas en la campana de succión ( Ht) = 0.05 m NPSH = + − =−(0.861* 0.0429)10

0.9959 3.90 0.05 12.06m NPSH = 12.06 m (39.55 pies) - Velocidad de rotación La velocidad de rotación para el equipo vertical será de 1770 r.p.m. - Eficiencia del equipo. Para determinar la eficiencia de un equipo de bombeo, es necesario determinar el valor de la velocidad específica usando las condiciones de operación y hacer uso de la siguiente figura.

Figura 2.9a Velocidad específica vs Eficiencia

298

- Alternativa 1.- Dos equipos con capacidad unitaria de 330 l/s Fue desechada debido a que no es adecuada para cumplir la primera etapa de 510 l/s del proyecto. - Alternativa 2.- Tres equipos con capacidad unitaria de 220 l/s

Ns =RPM(Q)

(H)

1/2

.750

68.304528.3

263

)85.15220(177075.0

21

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

x

xNs

Ns= 3045.68

Con este valor de Ns= 3045.68 y una capacidad de 220 l/s encontramos en la figura No. 9a anterior que la eficiencia máxima esperada es de 86%.

η= 86% - Alternativa Nº 3.- Cuatro equipos con capacidad unitaria de 165 l/s

63.263728.3

263

)85.15165(177075.0

21

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

x

xNs

Con este valor de Ns= 2637.63 y una capacidad de 220 l/s encontramos en la figura No. 9a anterior que la eficiencia máxima esperada es del 83%. η= 83 % Se concluye que un arreglo con 3 equipos ( capacidad unitaria de 220 l/s y una C.D.T de 68 m ) es una selección adecuada desde el punto de vista de una mayor eficiencia. Esta aseveración tendrá que ser corroborada con la superposición de las curvas de los equipos de bombeo operando con el sistema para ambas capacidades del proyecto. 5-. Selección preliminar de los equipos de bombeo. Se Presentan tres selecciones preliminares basándonos en datos obtenidos a través de diferentes fabricantes de equipo de bombeo para posteriormente elaborar un resumen de los tres y concluir con la elección del equipo para nuestro proyecto.

299

-Preselección Nº 1.- Equipo de bombeo modelo 188CC Con los datos anteriormente generados de 220 l/s, una carga dinámica total de 68 m, una velocidad de 1770 r.p.m. y un NPSHA de 12.06 m, se efectúa una preselección del equipo, basándose en los datos mostrados por las curvas de comportamiento de uno o varios fabricantes. La figura 2.10 muestra la curva de comportamiento de una bomba vertical, modelo 18 CC a 1770 r.p.m. El punto de operación tiene las siguientes características: Capacidad = 220 l/s Carga = 68 m NPSHR = 28 pies

Eficiencia = 83.9 % - Trazo de la curva de operación de los equipos De la curva de comportamiento de un fabricante se seleccionan varios puntos de coordenadas ( Q-H ) y con estos datos, se traza en una gráfica las curvas de comportamiento del equipo operando en paralelo para una, dos y tres unidades. El trazo aquí descrito se muestra en la figura 2-11. Obsérvese que entre una curva y otra, el rango de la carga diferencial total se conserva constante y solo se suman las capacidades de acuerdo con el número de bombas que operan. Q=220 l/s H=68 mca H=111.5 pies/paso 2 PASOS

300

PERFORMANCE BASED ON MULTISTAGE

PUMPING CLEAR COLD WATWR SP. GR. 1.0

FOR 1 STAGE MULTIPLY HEAD AND BY

FOR STAGES MULTIPLY HD. AND EFF. BY

DATE

TURBINE PUMP

2.97

.992 - 9 - 78

18 CCIMPELLER - BRONZE

1770 R.P.M.

BOWL - CAST IRON

VIT ENAMELED

EC - 2528CURVE SHEET NO.

PER

STAGE

IMPDIAM.EXIT

IMPELLER PART NO.

IMPELLER PATTERN NO.

4435

4434

THRUST CONSTANT

WR.

2810 LB./ FT 2 STAGE

PUMP SHAFT DIAM. 2 3/16 INCHES

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6500

50

75

100

125

150

175

200

80

60

40

20

0

50

100

150

SUBMERGENCE REQ'D OVER BOTTOM OF BELL TO PREVENT VORTEXES 35"

NPSHR

SUBMERGENCE OVER BELL

13 3/4"

13 3/16"

12 5/8"

12 1/16"

7880

8284

8584

8280

7875

75

FEET TOTAL BOWL HEAD

Figura 2.10 Bomba vertical modelo 18cc.

301

BOMBAS MODELO 18 CC A 1770 rpm

0

20

40

60

80

100

120

0 2400 4800 7200 9600 12000 14400Q (GPM)

H (m

)curva del sistema

una bomba dos bombas tres bombas

660 LPS286 LPS 510 LPS

49. 3

68. 0

58. 7

C2-3

2

CONDICIONES DE OPERACIÓN

Q(LPS) H(m) η(%) BHPt No. UNIDADES MOTOR

286

510

660

51.2

58.7

68.0

81.4

84.1

84.2

697.7

464.8

235.1

TRES BOMBAS

DOS BOMBAS

UNA BOMBA 250 HP

250 HP

250 HP

51.2

58.7

68.0

Figura 2.11 Curva del sistema bombas modelo 18cc a 1770 rpm.

302

En este mismo gráfico están trazados los valores de las pérdida de carga del sistema para diferentes valores de la capacidad desde 0 hasta 660 l/s. Nótese que a cada valor de la pérdida de carga se le suma la carga estática de 45 m, por ello la curva comienza con este valor para una capacidad nula. Los puntos de intersección que se logran entre la curva de operación del sistema y los de las bombas operando en paralelo deberán cumplir con la capacidad establecida de antemano para cada etapa del proyecto ( 510 y 660 l/s ). La figura Nº 2-11 nos muestra gráficamente lo anteriormente descrito además de las siguientes características de comportamiento:

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO SISTEMA-BOMBAS MODELO 18CC.

Q (l/s) H (m) η (%) BHP Nº Unidades Motor

HP 286 51.2 81.4 235.1 Una bomba 250 510 58.7 84.2 464.8 Dos bombas 250 660 68.0 84.1 697.1 Tres bombas 250

-Preselección Nº 2.- Equipo de bombeo modelo 16HXB. En este ejemplo se sigue la misma mecánica que en la preselección Nº1, con la excepción de usar ahora una curva de comportamiento de una bomba modelo 16HXB que la figura 2.12 muestra. El comportamiento del sistema y este modelo de bomba se muestra en la figura 2.13, teniéndose las siguientes características de comportamiento:

303

Q=220 L./s. (3487 GPM) H=68 mca H=74.35 PIES / PASO 3 PASOS

100

90

80

70

60

50

40

30

30

25

20

2000 3000 4000 5000

7275

77 79 80 81 82 83

85.3

8584

8584

8382

81

62

72

7677

7980

1

3

12

3

NPSH

BHP100

50

US GALLONS PER MINUTE

2

TOTALHEAD

IN FEETPER STAGE

SHUT OFF BHP 1.- 69.6 BHP2.- 66.6 BHP3.- 58.2 BHP

HEAD CAPACITY

NPSHREQ'D

INFEET HORSE

POWERPER

STAGE

% EFFICIENCY

TOTALHEADIN FEETFOR___STAGES

SHUT OFF HEAD 1.- 137.0 FT2.- 122.0 FT3.- 102.0 FT

16HXB Curve No. 2846996 r(11-85) Impeller No. 2617215 1760 rpm

Figura 2.12 Curva de bomba vertical 16hxb

304

p

0

20

40

60

80

100

120

0 3500 5500 7500 9500 11500Q (GPM)

H (m

)curva del sistema

una bomba dos bombas

tres bombas

662.4 LPS510 LPS282.3 LPS

49. 2

58. 7

68. 1

CONDICIONES DE OPERACIÓN


282.3

510

662.4

49.2

58.7

68.1

79.2

85.1

83.5

693.0

468.7

239.2

TRES BOMBAS

DOS BOMBAS

UNA BOMBA 250 HP

250 HP

250 HP

68.1

58.7

49.2

Figura 2.13 Curva del sistema bomba 16hxb 1760 rpm.

305

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO SISTEMA-BOMBAS MODELO 16HXB.


HP 282.3 49.2 79.2 239.2 Una bomba 250 510 58.7 83.5 468.7 Dos bombas 250 662 68.1 85.1 693.0 Tres bombas 250

-Preselección Nº 3.- Equipo de bombeo modelo 17M-7000. De un modo similar se efectúa para la bomba modelo 17M-7000, cuyo comportamiento es el mostrado por la figura 2.14. La figura 2.15 nos muestra gráficamente el comportamiento del sistema y este modelo de equipo de bombeo, además de las siguientes características de comportamiento.

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO SISTEMA-BOMBAS MODELO 17M-7000.


HP 287 49.3 81.0 228.3 Una bomba 250 510 58.7 83.5 468.7 Dos bombas 250 660 68.0 82.0 715.5 Tres bombas 250

6.- Selección final. Observando los resultados de comportamiento de las tres opciones de preselección; la que mejor cumple dentro de este contexto, es aquella que utiliza las unidades modelo 16HXB. Teniendo dos unidades operando a 255 l/s, 58.7m, 83.5 % y 174kW (234.3 HP) para la primera etapa y tres unidades operando a 220.8 l/s, 68.1 m, 85.1 % y 172.3kW (231 HP) para la segunda etapa.

306

Q=220 l/s (3487 GPM)

H=68 mca = 223.1 PIES

H=111.55 PIES/PASO

2 PASOS

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

5040

30

20

10

150

100

50

00 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

25005000 200015001000 400035003000 50004500

84

83

83

82

8281

81

80

8079

77

76

7977767065

60

70

10.72

10.45

9.66

8.91

NPSHR

NPSHFEET

11.12

8.91

BHP

TOTALHEAD IN

FEET

US GPM

17 M 7000 1770 rpm

Figura 2.14 Curva de bomba vertical modelo 17m-7000.

307

Condiciones de operación


287

510

660

49.3

58.7

68.0

81.0

82.0

83.5

715.5

468.7

228.3

TRES BOMBAS

DOS BOMBAS

UNA BOMBA 250 HP

250 HP

250 HP

Figura 2.15 Curva del sistema bombas modelo 17m a 1770 rpm.

Una vez concluida la selección de las unidades de bombeo, existen una serie de cálculos complementarios necesarios para precisar más aún las características del equipo: 1.- El gasto de diseño para la selección de las unidades es de 220 l/s. 2.- La carga estática es de 45m. 3.- Las pérdidas por fricción en la línea de conducción y válvulas están determinadas de acuerdo con el procedimiento descrito en la sección 1, "Proyecto Mecánico", capítulo 1 de este manual. (Pérdidas en la línea de conducción)Q=660 lps = 21.50 m (Pérdidas en válvula y piezas especiales) = 1.12 m 4.- Las pérdidas por fricción en la tubería de descarga y válvulas están determinadas de acuerdo con el procedimiento descrito en el capítulo denominado Cálculo de la carga total de bombeo del manual de diseño mecánico. 5.- Las pérdidas por fricción de la columna de descarga y cabezal se calculan de acuerdo con el siguiente procedimiento, auxiliándose de las figuras correspondientes.

308

a).- Pérdidas en la columna de descarga.(Ver figura No. 1.4A del capítulo de pozos profundos). Q= 220 l/s ( 3487 GPM ). Φ col =355 mm (14") Flecha de 1-11/16” Hf = 2 pies / 100 pies ó 2 m / 100 m Longitud de la columna = 7 m hf = ( 2x7) / 100= 0.14 hf =0.14m b).- Pérdida de carga para cabezales de descarga.(Ver figura 1.5 del capítulo de pozos profundos). Q= 220 l/s Φ col = 355 mm (14") hf = 0.8 pies = 0.24 m 6.- La carga dinámica total se calcula sumando la carga estática y las pérdidas por fricción en columna, cabezal, válvulas y línea de conducción. CDT= 45 + 0.14 + 0.24 + 1.12 + 21.50 m CDT = 68 m 7.- La eficiencia del cuerpo de tazones para Q= 220 l/s y 68 m para la bomba modelo 16HXB es de 85.1 %. ( Ver figura 2-12) 8.- Cálculo de la potencia de bombeo Nb.

Nb =QH102

γη

= =0220 68 9959

102 085117148 2298

. ..

. ( . )x xx

kw HP

Nb = 171.48 Kw (229.8 HP) 9.- Pérdida de potencia en la flecha. a).- Pérdida de potencia por fricción mecánica en flechas de columna (Ver Figura No. 1.14 del capítulo de pozos profundos). ∅ flecha = 42.86 mm (1 11/16") Nf (1770 r.p.m.) = 1.41 HP/100 pies = 1.119 kW / 100 pies de flecha Nf =( 1.119/30.48 ) x 7 = 0.256 kW Nft = 0.256 kW

309

10.- Peso de impulsores y flechas [ 6c ]. La bomba tiene 3 pasos y cada impulsor tiene un peso de 15.9 kg, por lo tanto el peso total de los impulsores es de 47.7 kg. El peso de la flecha de columna es de 15.20 kg/m y la longitud es de 7 m; por lo tanto el peso es de 106.4 kg. Peso total = 47.7 + 106.4 = 154.1 kg Peso total de flecha y columna = 154.1 kg 11.- Empuje hidráulico [ 6c ] sección 133 página 60 Curva de empuje hidráulico Nº 16 HXB 2617215 a 1760 r.p.m. Empuje hidráulico = K x (C.D.T) X ρ (Factor de empuje)Q=0 K = 42.49 kg/m hacia abajo ( 28.5 Lb/pie ) (Factor de empuje)Q=220 lps K = 29.81 kg/m hacia abajo ( 20 Lb/pie ) (C.D.T)Q=0 = 122 pies x ( 3 pasos) / 3.28 = 111.5 m (C.D.T)Q=220 lps= 68m Empuje hidráulico en operación: (Eh)Q=220 lps= 29.81 x 68 x 0.9959 = 2018.6 kg (Eh)Q=220 lps= 2018.6 kg Empuje hidráulico máximo en operación: (Eh)Q=0= 42.49 x 111.5 x 0.9959 = 4718.2 kg (Eh)Q=0= 4718.2 kg 12.- Empuje total: Empuje total en operación: Hto = 154.18 + 2018.6 = 2172.7 kg Hto = 2172.7 kg Empuje total máximo: Htm = 154.18 + 4718.2 = 4872.3 kg Htm = 4872.3 kg Por lo tanto la capacidad mínima del cojinete de empuje debe ser mayor o igual al valor calculado de Htm

310

13.- Capacidad mínima del cojinete de empuje: Htm ≅ Nc = 5000 Kg 14.- Pérdida de potencia en el cojinete de empuje Nfc [ 6d ].

Nfc0.0123 (RPM) (EMPUJE AXIAL)

105=

N10

= 0.470 HP.fc 5=0123 1760 21727. .x x

N 0.470 HP 0.351Kwfc = =

15.- Potencia total consumida por el motor Nm es: Nm= N N N 171.48 + 0.273 + 0.351 = 172.10 Kwb + + = ft fc Nm = 172.10 Kw = 230.6 HP 16.- Potencia Nominal del motor: Pot. Nom. Motor = 250 HP 17.- Elongación de la flecha. Se elige una flecha con un diámetro de 42.86 mm (1 11/16") la cual puede transmitir una potencia de 223 kw ( Figura 1.16 capitulo 1 de selección. (“Pozos profundos”). El área de la flecha es de 14.42 cm2 ( 2.24 plg 2 ) La elongación de la flecha [4] será:

( )( )( ) e =

Htm LA E

donde: Htm= Empuje total máximo (kg) L = Longitud de la flecha, (m) A = Área de la flecha, (cm2) E = Modulo de elasticidad del material, (kg/cm2). Se tomará el valor correspondiente del acero al carbón ( 2039381.1 kg/cm2)

e = 4872.3 x 7

14.42 x 2039381.1 m = 0001159.

e = 1.159 mm (0.045”)

311

RESUMEN DE LA SELECCIÓN FINAL DEL EQUIPO DE BOMBEO.

DATOS DE PROYECTO

1.- GASTO DE PROYECTO 510 / 660 l/s

2.- DESNIVEL ESTÁTICO 45 m

VALORES CALCULADOS

3.- PÉRDIDAS POR FRICCIÓN LÍNEA DE CONDUCCIÓN *21.5 m

4.- PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN VÁLVULAS Y PIEZAS

ESPECIALES

*1.12 m

5.- PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

a) COLUMNA DE DESCARGA

b) CABEZAL DE DESCARGA

*0.14 m

*0.24 m

6.- CARGA DINÁMICA TOTAL *68 m

7.- NPSH DISPONIBLE 12.06 m

8.- POTENCIA DE BOMBEO REQUERIDA POR EL CUERPO DE

TAZONES

171.48 kW

9.- PÉRDIDA DE POTENCIA EN LA FLECHA 0.256 kW

10.- PESO DE IMPULSORES Y FLECHA 154.1 kg

11.- EMPUJE TOTAL EN OPERACIÓN 2,172 kg

12.- EMPUJE TOTAL MÁXIMO 4872.3 kg

13.- PÉRDIDA DE POTENCIA EN EL COJINETE DE EMPUJE 0.351 kW

14.- POTENCIA DE ACCIONAMIENTO REQUERIDA 172.10 kW

15.- CAPACIDAD DEL COJINETE DE EMPUJE 5,000 kg

16.- POTENCIA NOMINAL DEL MOTOR 186.5 kW (250 HP)

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO DEL EQUIPO DE BOMBEO

17.- NÚMERO DE UNIDADES TRES

18.- MODELO 16 HXB

19.- CAPACIDAD UNITARIA 220 lps

20.- CARGA DINÁMICA TOTAL 68 m

21.- NÚMERO DE PASOS TRES

22.- EFICIENCIA 85.1 %

23.- POTENCIA DE ACCIONAMIENTO 172.10 kW

24.- VELOCIDAD 1760 r.p.m.

25.- NPSH REQ. 7.01 m * Evaluación a 660 lps.

312

2.8.2 Equipos de bombeo horizontales. El siguiente ejemplo se basa en un proyecto que contempla la operación de una planta de bombeo en dos etapas; la primera etapa contempla una operación con 530 l/s y la segunda a 660 l/s. El trabajo consistirá en encontrar un arreglo de equipo que cumpla con el menor número de unidades para las dos etapas del proyecto y además opere de una manera eficiente. Las bombas empleadas, debido a que se trata de un tanque de succión a nivel del terreno natural, son del tipo horizontal en una disposición como la mostrada por la figura 2-16. 1.- Datos básicos del proyecto. De la etapas del proyecto y de la figura 2.16 se desprenden los datos necesarios para el análisis y la determinación de las condiciones de operación y número de unidades de este proyecto. - Gasto de diseño por etapas: a) Primera etapa: 530 l/s b) Segunda etapa: 660 l/s - Carga estática. H = 45 m - Pérdidas totales para Q= 660 l/s hf = 23 m - Tipo de tubería de la línea de conducción: Fibrocemento - Nivel del terreno natural 544.00 msnm

313

Figura 2.16 Planta de bombeo. Equipos horizontales - Niveles de operación en el cárcamo de bombeo. Nivel máximo = 550.40 msnm Nivel normal = 547.40 msnm Nivel mínimo = 546.00 msnm Nivel de la línea de centros de la bomba = 545 msnm Nivel del fondo del cárcamo = 542.90 msnm Nivel de la corona del cárcamo = 551.40 msnm - Calidad del agua bombeada = Agua limpia - Densidad relativa a temperatura de bombeo = 0.9959 - Temperatura ambiente = 30 ºC - Presión de vapor ( Pv) a 30 °C =4208Pa (0.0429kg/cm²) abs - Presión barométrica ( Pb) =96039Pa (0.979Kg/cm²) abs

314

- Descripción de la localización de la planta de bombeo. a).-La planta de bombeo toma el agua de un tanque de almacenamiento y regulación. b).-El tanque se encuentra localizado en terrenos con pendiente hacia un pequeño arroyo. 2.- Análisis de los datos del proyecto. El arreglo de la planta, los requerimientos de gasto y carga y NPSH disponible permiten la utilización de bombas horizontales en el proyecto. Las características generales de la instalación son: a).- La succión de los equipos es directa al tanque, con válvulas de seccionamiento para labores de mantenimiento. b).- La instalación de los equipos será dentro de una casa de máquinas y equipo asociado. c).- El arreglo de los múltiples de succión y descarga y sus accesorios se localizarán en el nivel de motores para facilitar la colocación de los atraques. 3.- Alternativas de selección - Gasto de diseño a) Primera etapa: 530 l/s b) Segunda etapa: 660 l/s Con base en los datos anteriores se efectúa el análisis de alternativas, buscando proporcionar el gasto que se requiere en las dos etapas del proyecto. 1.- Alternativa Nº 1: Dos equipos operando en paralelo con gastos de 330 l/s. Este número de unidades estaría alejado de las necesidades de 530 l/s que se plantea para la primera etapa del proyecto, por esto queda fuera del análisis. 2.- Alternativa Nº2: Tres equipos en operación de 220 l/s sería una solución que habría que analizar para entregar 530 l/s en la primera etapa y 660 lps para la segunda etapa. Alternativa Nº 3.- Cuatro equipos de bombeo de 165 l/s es una alternativa quizá poco atractiva por los costos de inversión inicial, operación y mantenimiento. Los parámetros a evaluar para la elección del número de equipos, serán aquellos que cumplan con los gastos para ambas etapas del proyecto con una buena eficiencia y número reducido de equipos. 4.- Cálculos: - Carga dinámica total del sistema: 1.- El gasto de diseño para la determinación de la carga total del acueducto es de 660 l/s.

315

2.- La carga estática es de 45m. 3.- Las pérdidas por fricción en la línea de conducción, válvulas y piezas especiales están determinadas de acuerdo al procedimiento descrito en el capítulo 1 de la sección 1 de este manual. (Pérdidas en la línea de conducción)Q=660 lps = 21.50 m Pérdidas en válvulas y piezas especiales = 1.5 m 4.- La carga dinámica total se calcula sumando la carga estática y las pérdidas por fricción en columna, múltiples, válvulas, piezas especiales y línea de conducción. CDT= 45 + 21.5 + 1.50 = 68 m CDT = 68 m - NPSH disponible.

( ) NPSH disponible =

Pa - Pvh - Hf

10γ

+

Presión atmosférica = 0.0960 Pa (0.979 Kg/cm²) abs Densidad relativa = 0.9959 Carga de succión = (Nivel mínimo de operación - nivel de línea de centros de la bomba). Carga de succión =546.00 - 545.00 = 1.00 m Carga de succión = 1.00 m Presión de vapor (30 °C) = 4208.5 Pa (0.0429 Kg/cm²) abs Pérdidas en la succión: Hf = 0.60 m

( ) NPSH disponible =

m

0979 00429 1009959

10 006 1033. .

.. . .

−+ − =

NPSH disponible = 10.33 m ( 33.91 pies ) - Velocidad de rotación. La velocidad de operación para la preselección de los equipos de bombeo puede ser a 3550 o 1770 r.p.m. pero considerando que un equipo de baja velocidad tiene más vida útil que uno de alta; escogeremos equipos a 1770 r.p.m. - Eficiencia del equipo. Para determinar la eficiencia de un equipo de bombeo, es necesario determinar el valor de la velocidad específica usando las condiciones de operación y hacer uso de la figura No. 9a de velocidad específica vs eficiencia usada en 2.8.1.

316

Las alternativas una y tres quedan fueran del análisis debido a la razones expuestas con antelación. - Alternativa 2.- Tres equipos con capacidad unitaria de 220 l/s

Ns =RPM(Q)

(H)

1/2

.750

Ns =1770 (220 X 15.85)

(68X3.28)0.75

1/2

= 18109.

Ns= 1810.9

Con este valor de Ns= 1810.9 y una capacidad de 220 l/s encontramos en la figura No. 9a que la eficiencia máxima esperada es de 86%. η= 86% Para la primera etapa de este proyecto, se propone el uso de dos de las tres unidades de bombeo, que durante la operación de los equipos les permitirá cumplir con la capacidad de 530 l/s y la operación de tres en la segunda etapa deberá cumplir el gasto fijado de 660 lps. NOTA IMPORTANTE: NUNCA DEBERÁ OPERARSE LA PLANTA CON UN SÓLO EQUIPO DE BOMBEO YA QUE ÉSTE OPERARÍA FUERA DE LA CURVA DEL SISTEMA, LO CUAL HARÍA QUE EL COMPORTAMIENTO DEL EQUIPO EN CUANTO A GASTO Y POTENCIA DEMANDADA POR EL MOTOR FUERAN COMPLETAMENTE IMPREVISIBLES. LA OPCIÓN DE OPERAR UN SÓLO EQUIPO DE BOMBEO ES ESTRANGULANDO LA VÁLVULA DE SECCIONAMIENTO EN LA DESCARGA DE ÉSTE, SIN EMBARGO ÉSTO NO SE CONSIDERA UNA BUENA PRÁCTICA DE INGENIERÍA. POR TODO LO ANTERIOR SE PREFIERE TRABAJAR CON DOS EQUIPOS OPERANDO SIMULTANEAMENTE EN LA PRIMERA ETAPA DE PROYECTO Y CON TRES BOMBAS EN LA SEGUNDA. El criterio de decisión de esta propuesta será el de una mayor eficiencia con el menor número de unidades. En conclusión, un arreglo con 3 equipos (capacidad unitaria de 220 l/s y una C.D.T de 68 m ) es una selección adecuada desde el punto de vista de una mayor eficiencia para la segunda etapa. 5.- Selección preliminar de los equipos de bombeo.

317

Se Presentan tres selecciones preliminares basadas en datos obtenidos a través de diferentes fabricantes de equipo de bombeo, para posteriormente elaborar un resumen de las tres y concluir con la selección final del equipo para nuestro proyecto. -Preselección Nº 1.- Equipo de bombeo modelo 8x10-17H a 1780 r.p.m. Con los datos anteriormente generados de 220 l/s, una carga dinámica total de 68 m, una velocidad de 1770 r.p.m. y un NPSHA de 10.33 m, se efectúa una preselección del equipo, basada en los datos mostrados por las curvas de comportamiento de uno o varios fabricantes. La figura 2.17 nos muestra la curva de comportamiento de una bomba horizontal, modelo 8X10-17H a 1780 r.p.m. El punto de operación tiene las siguientes características: Capacidad = 220 l/s Carga = 68 m NPSHR =4.57m ( 15 pies ) Eficiencia = 84.8 % - Trazo de la curva de operación de los equipos. Se seleccionan de la figura 2-17 (curva de comportamiento del fabricante) varios puntos de coordenadas ( Q-H ) y con estos datos, se traza en otra gráfica la curva del sistema sobre la que se dibuja la curva de comportamiento del equipo operando en paralelo para una, dos y tres unidades. El trazo aquí descrito se muestra en la figura 2.18. Observe que entre una curva y otra, el rango de la carga diferencial total se conserva constante y solo se suman las capacidades de acuerdo al número de bombas que operan. En este mismo gráfico se trazan los valores de las pérdida de carga del sistema para diferentes valores de la capacidad desde 0 hasta 660 l/s. Obsérvese que a cada valor de la pérdida de carga se le suma la carga estática de 45 m. Por ello la curva comienza con este valor para una capacidad nula.

318

Figura 2.17 Curva de bomba horizontal modelo 8 x 10-17h

319


660

530

68

60

84.8

79 526.2

691.9

DOS BOMBAS

TRES BOMBAS 250 HP

300 HP Figura 2.18 Curva del sistema bombas modelo 8x10-17h a 1780 rpm

Los puntos de intersección que se logran entre la curva de operación del sistema y los de dos y tres bombas operando en paralelo deberán cumplir con la capacidad establecida de antemano para cada etapa del proyecto (530 y 660 l/s respectivamente) La figura 2.18 nos muestra gráficamente la operación de tres equipos de bombeo modelo 8x10-17H a 1780 r.p.m. adecuados para la segunda etapa. La tabla siguiente muestra las características de comportamiento de esta selección:

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO SISTEMA-BOMBAS MODELO 8x10-17H a 1780 r.p.m.

Q (l/s) H (m) η (%) BHP Nº Unidades Motor HP 660 68 84.8 691.9 Tres bombas 250 530 60 79 526.2 Dos bombas 300

320

-Preselección Nº 2.- Equipo de bombeo modelo 8LN-18 a 1775 r.p.m. De un modo similar al anterior se procede para la bomba modelo 8LN-18 a 1775 r.p.m., cuyo comportamiento es el mostrado por la figura 2-19. La figura 2.20 muestra gráficamente el comportamiento del sistema con este equipo de bombeo, además de las siguientes características de comportamiento.

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO SISTEMA-BOMBAS MODELO 8LN-18

Q (l/s) H (m) η (%) BHP Nº Unidades Motor HP

(1HP= 745.7W)

660 68 85 693 Tres bombas 250

530 60 82.5 503.9 Dos bombas 300

Figura 2.19 ·Curva de bomba horizontal modelo 8ln-18

321



660

530

68

60

83.4

80.0 516.6

702.0

DOS BOMBAS

TRES BOMBAS 250 HP

300 HP Figura 2.20 Curva del sistema bombas modelo 8ln-18 a 1770 rpm

-Preselección Nº 3.- Equipo de bombeo modelo 2-800-34 a 1770 r.p.m. En este ejemplo se sigue la misma mecánica que en la preselección Nº1, con la excepción de usar ahora una curva de comportamiento de una bomba modelo 2-800-34 mostrada en la figura 2.21. El comportamiento del sistema y este modelo de bomba se muestra en la figura 2.22 y se tienen las siguientes características de comportamiento.

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO SISTEMA-BOMBAS MODELO 2-800-34

Q (l/s) H (m) η (%) Nb Nº Unidades Motor HP

660 68 83.4 702 Tres bombas 250

530 60 81 513.2 Dos bombas 300

322

Figura 2.21 Curva de bomba horizontal modelo 2800-34

323



660

530

68

60

83.4

80.0 516.6

702.0

DOS BOMBAS

TRES BOMBAS 250 HP

300 HP

Figura 2.22 Curva del sistema bombas modelo 2800-34 a 1770 rpm 6.- Selección final Observando los resultados de comportamiento de estas tres preselecciones; la que mejor cumple dentro de este contexto, es aquella que utiliza las unidades modelo 8x10-17H. Teniendo dos unidades operando cada una a 265 l/s, 60 m, 79 % y 263.1 BHP para la primera etapa y tres unidades operando a 220 l/s, 68 m, 84.8 % y 171.9kW (230.63 HP) para la segunda etapa. El equipo de bombeo 8LN-18 por los valores de la eficiencia puede ser una buena selección pero, se estaría eligiendo un equipo con un impulsor de diámetro mínimo y por ello se considera inadecuado. Una vez concluido la selección de las unidades de bombeo, es necesario efectuar algunos otros cálculos complementarios. 7.- Cálculo de la potencia al freno

324

1ª Etapa a 530 lps:

N =QH102

γη

= =0265 60 9959

102 0791965

. ..

.x xx

kw

N = 196.5 kw (263.1 HP) 2ª Etapa a 660 lps:

N =QH102

γη

= =0220 68 9959

102 084817224

. ..

.x xx

kw

N = 172.2 kw (230.63 HP) 8.- Potencia Nominal del motor Pot. Nom. Motor = 300 HP RESUMEN DE LA SELECCIÓN FINAL DEL EQUIPO DE BOMBEO

DATOS DE PROYECTO

1.- GASTOS DE PROYECTO 530 / 660 l/s

2.- DESNIVEL ESTÁTICO 45 m

VALORES CALCULADOS

3.- PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

LÍNEA DE SUCCIÓN Y

CONDUCCIÓN

21.5 m

4.- PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN

VÁLVULAS Y PIEZAS ESPECIALES

1.5 m

5.- CARGA DINÁMICA TOTAL 68 m

NPSH DISPONIBLE 10.33 m

6.- EFICIENCIA DE LA BOMBA 84.8 %

7.- POTENCIA AL FRENO 196.5 Kw (263.1 BHP)

8.- POTENCIA NOMINAL DEL

MOTOR

*223.7kW (300 HP) * NO SE UTILIZAN LOS MOTORES ELÉCTRICOS DE 250HP QUE RESULTAN PARA LA PRIMERA ETAPA, PORQUE SE TENDRÍAN QUE CAMBIAR ÉSTOS EN LA SEGUNDA ETAPA.

325

Continuación Tabla resumen

CARACTERÍSTICAS DE COMPORTAMIENTO

NÚMERO DE UNIDADES TRES

MODELO 3410 8X10-17H

CAPACIDAD UNITARIA 220 l/s

CARGA DIFERENCIAL TOTAL 68 m

NÚMERO DE PASOS Uno

EFICIENCIA 84.8 %

POTENCIA DE ACCIONAMIENTO 171.9kW (230.63 HP)

VELOCIDAD 1780 r.p.m

NPSH REQUERIDO 4.57 m

326

BIBLIOGRAFÍA 1.- VERTICAL TURBINE, MIXED FLOW AND PROPELER PUMPS JOHN L. DICMAS 2.- PUMPING STATION DESIGN ROBERT L. SANKS 3.- PUMPS AND PUMPING ION I. IONEL 4.- CENTRIFUGAL PUMP CLINIC IGOR J. KARASSIK 5.- TURBINE AND PROPELLER PUMPS FAIRBANKS MORSE 6.- DATOS TÉCNICOS DE DIFERENTES FABRICANTES a) OCELCO b) FAIRBANKS MORSE c) PEERLESS TISA d) LAYNE 7.- AWWA E 101 VERTICAL TURBINE PUMPS-LINE SHAFTS AND SUMERSIBLE TYPES 8.- HYDRAULIC INSTITUTE STANDADS FOR CENTRIFUGAL, ROTATORY & RECIPROCATING PUMPS 9.- CENTRIFUGAL PUMP KSB 10.- CENTRIFUGAL PUMP HANDBOOK SULZER

327

3. PLANTAS DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES 3.1 INTRODUCCIÓN Las plantas de bombeo de aguas residuales se proyectan para cubrir las necesidades actuales y futuras de una comunidad, por eso el horizonte del tiempo de diseño depende de la taza de crecimiento y de la actividad económica de la población, de los recursos financieros disponibles y el impacto ambiental, entre otros factores que definen su tamaño. En función de lo anterior y con la ayuda de estudios estadísticos se definen los gastos mínimo, medio, máximo y máximo extraordinario que se manejarán en la planta. En este capítulo, sólo con el fin de ejemplificar, se han supuesto los gastos y el horizonte de tiempo del año de 1994 al año 2015 dividido en dos etapas: 1994-2005 y 2006-2015. Existen varios aspectos que son comunes entre el desarrollo de este capítulo con el referente a selección de equipos para aguas claras, ya que las características de operación y construcción son iguales, como en el caso de las bombas de flujo mixto y axial que se pueden utilizar tanto para el manejo de aguas claras como residuales. Por lo anterior, se recomienda al lector consultar el capítulo 2 de la sección 2 de éste manual para conocer las limitantes y criterios que se utilizan en la selección de equipos de bombeo y tomar las recomendaciones que aquí se dan, como una particularidad del manejo de aguas claras. Es conveniente aclarar que los ejemplos de selección están basados en los cálculos ya vistos en temas de la sección 1 de este manual , como podría ser el trazo de la curva del sistema, por lo que se sugiere consultar en forma frecuente tal referencia. 3.2 INFORMACIÓN BÁSICA DEL PROYECTO La siguiente información se debe tomar en cuenta para el diseño de una planta de bombeo: 3.2.1 Gastos Los gastos que deben considerarse para el diseño de la planta de bombeo de aguas residuales son: gasto mínimo, medio, máximo y máximo extraordinario. El gasto mínimo de trabajo de la planta de bombeo está restringido por la velocidad mínima que se puede tener en la línea de conducción, que no debe ser menor a 0.6 m/s [6] para evitar el asentamiento de sólidos. Éste gasto puede ser diferente al mínimo que entrega el colector a la planta de bombeo. Cuando la planta de bombeo trabaja de una manera intermitente, una velocidad en el emisor de presión de 1.35 m/s asegurará que los depósitos de sólidos, que hayan asentado durante los paros, sean removidos. La selección de las bombas se efectuará con el gasto medio, que deberá ser tomado como parámetro de diseño. El gasto medio, como su nombre lo indica, es el gasto intermedio entre el mínimo y el máximo.

328

El gasto máximo es el que se utiliza como el limite de la capacidad total de la planta de bombeo, aunque de manera eventual el gasto máximo extraordinario también se toma en cuenta para tal fin. 3.2.2 Características del colector La elevación de la plantilla del colector determina el nivel máximo de aguas en el cárcamo de bombeo. Ésta recomendación se hace para mantener siempre libre la descarga del colector y no permitir el ahogamiento de la tubería, evitando las velocidades bajas que provocan asentamiento de sólidos. El diámetro, longitud y material de la línea de conducción, así como la elevación de la descarga, ayudará a construir la curva del sistema. La elevación de la descarga y el nivel del agua en el cárcamo de bombeo permitirán obtener la carga estática. Con las características de la línea de conducción y los gastos de operación se determinará la curva del sistema. 3.2.3 Características del sitio de operación El nivel del terreno natural, la elevación de la plantilla del colector, el volumen útil y la sumergencia del equipo de bombeo son datos para el diseño del cárcamo de bombeo. La topografía del lugar ayudará a reforzar o rechazar alguna idea sobre un determinado tipo de planta a diseñar. En el caso de zona de inundación habrá que elevar la corona del cárcamo a un nivel seguro. Las limitaciones de espacio podrán apoyar el uso de bombas sumergibles. La altura sobre el nivel del mar será un dato para conocer la presión atmosférica del lugar, lo que permitirá calcular la NPSH disponible de la planta. En algunos casos se presentan restricciones en cuanto a las condiciones existentes del terreno, es decir, si se tienen niveles freáticos altos y se opta por cárcamos secos habrá que considerar bombas de achique en el diseño por las posibles filtraciones. En el caso de terrenos muy blandos y que exista la posibilidad de inestabilidad del cárcamo, se recomienda la utilización de cárcamos circulares y bombas sumergibles, ya que las bombas con flecha de transmisión requieren de una verticalidad al 100 por ciento. 3.2.4 Desarenador Se recomienda utilizar el desarenador en una planta de bombeo de aguas negras cuando el agua residual contiene arenas, como una manera de protección para el equipo de bombeo.

329

3.2.5 Tipo y cantidad de equipos Una vez que las condiciones de operación, como son: gastos, carga dinámica total, NPSHD y las características del líquido, se conocen, el siguiente paso es definir el diseño y la cantidad de equipos de la planta. Como se sabe, la cantidad de equipos esta en función del grado de confiabilidad que se quiera tener en la planta y el equilibrio económico necesario. En los siguientes puntos se proporcionará información para caracterizar, hidráulica y mecánicamente, los equipos de bombeo. 3.2.6 Operación En el diseño de la planta se debe tomar en cuenta la forma de operación de los equipos. Se deberá establecer el tipo de arranque y control de los equipos, es decir si el arranque será manual ó automático y si el control de capacidad será por medio de estrangulamiento, con válvula de control. También si el horizonte de tiempo es muy grande, mayor a 10 años, el proyecto podrá dividirse por etapas. Las ventajas de esto son que se evita hacer inversiones en equipo sobredimensionado y en inventarios de partes de repuesto así como no perder la oportunidad de actualizar tecnológicamente el diseño de los equipos cuando se requiera la siguiente etapa del proyecto. 3.3 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO Los equipos que comúnmente se utilizan para el manejo de aguas residuales son: a).- Bombas de flujo mixto b).- Bombas de flujo axial c).- Bombas inatascables, verticales y sumergibles En el siguiente punto se indican algunas características de las bombas inatascables y en el apéndice “B” de la sección 1 de este manual, se dan las características de las bombas de flujo mixto y axial. 3.4 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE EQUIPOS DE BOMBEO Aún cuando se pueden utilizar bombas centrífugas convencionales para bombeo de aguas residuales, existe, en el campo de las bombas centrífugas, un grupo especial de bombas para ésta aplicación, denominadas genéricamente como bombas inatascables, cuyo diseño les permite operar con líquidos conteniendo sólidos de gran tamaño, 25.4 mm. de diámetro (1.0") o más grandes, pastas aguadas abrasivas ó bien aguas negras. Estas bombas pueden ser sumergibles, motor y bomba, o verticales, con motor fuera del cárcamo; ambas son normalmente, de un solo paso con impulsor abierto o semiabierto para bajas cargas y gastos medianos, su instalación es relativamente sencilla porque su diseño incluye la placa de instalación, si son verticales o bien las carcasas incluyen "piernas" para su apoyo en el piso del cárcamo y aparejos, riel y cable, para su arrastre fuera del cárcamo, si son sumergibles, ver figura 3-1. A menos que las condiciones de operación estén afuera del campo de cobertura de este tipo se podrán utilizar otro tipo de bombas, de lo contrario se preferirán las bombas inatascables.

330

Los lineamientos siguientes, para la selección de bombas para aguas residuales se complementan con aquellos que se mencionan en los capítulos 1 y 2 de ésta sección. 1.- Una vez que se han determinado los gastos mínimo, medio, máximo y máximo extraordinario, así como la carga dinámica total de bombeo, se procede a elegir el número de equipos que llevará la planta de bombeo, considerando que el gasto de diseño será el gasto medio, para lo cual existen varias alternativas de selección: a).- Instalar uno o varios equipos que manejan el gasto total de la planta. b).- Diseñar con 2 tamaños diferentes de equipos de bombeo para manejar los gastos que se presentan en la planta de bombeo si el horizonte de tiempo es muy grande 2.- Calcular las pérdidas por fricción y la carga dinámica total 3.- Determinar el volumen de retención del cárcamo, en función de las recomendaciones de la BHRA (British Hydromechanics Research Association) 4.- Consultar en el catálogo de curvas del fabricante aquellos modelos que cumplan con el rango de operación requerida por la curva del sistema, se recomienda consultar un mínimo de 2 fabricantes 5.- De los equipos anteriormente seleccionados, elegir aquel que ofrezca la mayor eficiencia, dentro del rango de operación utilizado. Siempre que sea posible, elegir la velocidad más baja de operación, ya que representa menor desgaste a la abrasión y, por consiguiente, menor costo de mantenimiento 6.- Del trazo de la curva del sistema obtenemos la información para determinar los puntos de operación del equipo de bombeo, es decir las cargas máxima y mínima de bombeo, de tal manera que se pueda reafirmar o desechar la opción elegida 7.- Comparar la NPSH requerida por el equipo de bombeo con la NPSH disponible de la instalación. Se debe cumplir que la NPSH disponible sea mayor que la NPSH requerida, de acuerdo con las recomendaciones del Hydraulic Institute Standards 8.- La información generada en las curvas del sistema se analizará tomando en cuenta las siguientes recomendaciones: a).- La capacidad de los equipos será tal que permita tener ciclos de trabajo no menores a 5 minutos [6], es decir, tanto el tiempo de bombeo como el tiempo de llenado del cárcamo. Esta recomendación puede variar de acuerdo con los tiempos de arranque y paro permitidos por el fabricante del motor b).- El volumen del cárcamo no excederá un tiempo de retención de 30 minutos [6]

331

c).- La velocidad mínima del fluido en la línea de conducción no será menor de 0.60 m/s [6] d).- Se deberá considerar que la planta pueda bombear de manera eventual un gasto tal que permita obtener velocidades de 1.35 m/s en la línea de conducción. Esto es con la finalidad de remover los depósitos que se generen durante los paros de la planta e).- La bomba Seleccionada deberá ser capaz de manejar sólidos de cuando menos 25 mm. (1”) de diámetro 9.- Verificar la potencia a carga mínima 10.- Considerar en el diseño de la planta de bombeo el espacio suficiente para alojar los equipos de la segunda etapa 11.- Determinar las características del cárcamo y las distancias entre equipos, conforme al HIS y/o BHRA (British Hydromechanic Association Research) 3.5 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Como se mencionó anteriormente, la selección de materiales para las bombas que manejan aguas negras deberá hacerse de acuerdo con la composición química del agua y el contenido de sólidos. La opción más económica es el hierro fundido, si no hay sólidos, ó los aceros inoxidables y aleaciones especiales como el Hastelloy B o C (ASTM A 494) y monel (ASTM A 744) cuando existan sólidos y sustancias corrosivas La tabla siguiente es sólo una guía en la selección de materiales. Para bombas verticales de flujo mixto y propela se recomienda seguir los lineamientos de los capítulos 1 y 2 de esta sección Las bombas para manejo de aguas negras en su fabricación de línea, están construidas con los siguientes materiales:

332

BOMBAS VERTICALES

NOMBRE MATERIALES

Impulsor Fierro fundido

ASTM A48-30

Carcasa Hierro fundido

ASTM A48-30

Flecha del cuerpo de

tazones

Acero inoxidable

ASTM A276-410 ó AISI-

316

Flecha de línea Acero al carbón

ASTM A108-1045

Camisa de flecha Acero inoxidable


316

BOMBAS SUMERGIBLES NOMBRE MATERIALES

Impulsor Hierro fundido

ASTM A48-30

Carcasa Hierro fundido

ASTM A48-30

Flecha Acero al carbón

ASTM A108-1045

Camisa de la flecha Acero inoxidable


316 3.6 ARREGLOS TÍPICOS DE PLANTAS DE BOMBEO En las figuras 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 y 3.6, se presentan los arreglos más comunes en una planta de bombeo de aguas residuales. La función de cada uno de los elementos se describe a continuación: 3.6.1 Componentes a).- Como en todas las planta de bombeo, se requiere de un manómetro antes de la válvula de no retroceso, el cual tendrá la función de indicar la presión existente en ese punto. Cabe aclarar que este manómetro es especial para el manejo de aguas

333

negras, es decir, consta de un diafragma o sello para separar el agua residual del propio líquido de trabajo del medidor. b).- El medidor de gasto en una planta de bombeo de aguas residuales es opcional, pero es conveniente si la planta forma parte de un sistema de tratamiento de aguas que requieren de la inyección de químicos. c).- El electronivel ayuda a operar las bombas dentro de los niveles previstos de operación. 3.6.2 Válvulas a).- La válvula de admisión y expulsión de aire tiene la función de desalojar todo el aire contenido en la columna de descarga de la bomba, debe tener elementos adicionales para trabajar con aguas residuales. b).- La válvula de retención para aguas negras debe tener el disco recubierto de buna-N, lo cual evita que la válvula tenga fugas de manera prematura.

334

Figura 3.1 Arreglo típico de planta de bombeo con bombas sumergibles

A R R E G L O “A”

E L E V A C I O N

335


A R R E G L O "A"

P L A N T A

336


A R R E G L O " B "

E L E V A C I Ó N

337

Figura 3.4 Arreglo típico de planta de bombeo con Bombas sumergibles

A R R E G L O “ B “

P L A N T A

COMPONENTES BÁSICOS 1.- BOMBA CENTRÍFUGA VERTICAL TIPO FLUJO MIXTO O PROPELA 2.- VÁLVULA DE NO RETORNO 3.- VÁLVULA DE SECCIONAMIENTO 4.- JUNTA DRESSER 5.- VÁLVULA DE ADMISIÓN Y EXPULSIÓN DE AIRE 6.- INTERRUPTOR DE PRESIÓN 7.- MANÓMETRO 8.- MEDIDOR DE GASTO ( VER FIG. 3-2 ) 9.- VÁLVULA DE DESFOGUE 10.- VÁLVULA ALIVIADORA DE PRESIÓN

338

N.A. MÁX.

N.A. MÍN.

9

36 2

54

7

1

Figura 3.5 Arreglo típico de planta de bombeo con bombas verticales

E L E V A C I Ó N

339

Figura 3.6 Arreglo típico de planta de bombeo con bombas verticales

P L A N T A

c).- Las válvulas de seccionamiento que se coloquen en la planta de bombeo deben ser de paso completo, es decir, que el disco en su posición abierta no interfiera con el paso del fluido. También se recomienda que el disco sea recubierto con un material sintético para evitar goteo. d).- La válvula aliviadora de presión, en caso de requerirse, deberá ser diseñada para el manejo de aguas negras, lo cual implica que los mecanismos de apertura no estén ligados a la presión existente del agua residual. Comúnmente, el diseño de una válvula aliviadora de presión para aguas negras tiene resortes que la mantienen en su posición cerrada y la sobrepresión generada por el fenómeno transitorio vencerá la fuerza generada por el mecanismo de cierre, abriéndola.

340

3.7 EJEMPLO DE APLICACIÓN 3.7.1 Datos básicos del proyecto (Ver figura 3.7) - Gasto esperado (l/s) en la planta de bombeo durante el horizonte de proyecto.

AÑO 1994 2005 2015

GASTO MÍNIMO 27 43 62

GASTO MEDIO 54 86 123

GASTO MÁXIMO 124 190 263

Figura 3.7 Croquis del sistema de bombeo - Carga estática H=10.10 mca - Pérdidas del emisor a presión a) Pérdidas en el emisor con tubería nueva Hf = 4.7 mca b) Pérdidas en el emisor con tubería usada Hf = 6.6 mca - Longitud de la línea de conducción L = 1352 m - Diámetro de la línea de conducción L = 0.50 m - Material de la tubería de la línea de conducción: Asbesto cemento

341

- Nivel del terreno natural: 1990.7 msnm - Nivel de la tubería de descarga: 1994.50 msnm - Nivel de losa del cárcamo: 1982.40 msnm - Elevación del canal desarenador a la entrada del cárcamo: 1985.8 msnm - Calidad del agua bombeada: Agua residual - Descripción de la localización de la planta de bombeo: a) La planta toma el agua de un desarenador que forma parte de un tren de pretratamiento de aguas residuales. b) La zona donde se localiza la planta no es inundable, entonces no habrá sobreelevación de los muros del cárcamo. 3.7.2 Análisis de los datos del proyecto Los equipos de bombeo se eligirán tomando como base el gasto medio que se presenta en el año 2005. Debido a la profundidad del cárcamo de bombeo, y a la facilidad en el desmontaje de los equipos, se propone la utilización de bombas sumergibles, ya que de esta manera se evita el desmontaje de la columna de descarga, cabezal y motor cuando se requiera mantenimiento Las características generales de la planta de bombeo son: a) El tiempo entre los arranques del equipo será de diez minutos. Se recomienda consultar al fabricante , ya que algunos recomiendan un tiempo de cuatro minutos, es decir, hasta quince arranques por hora. b) La planta no contará con grúa fija. Se recomienda el uso de un tripié con polipasto manual para sacar la bomba sumergible del cárcamo c) El control de arranque y paro de los equipos de bombeo se efectuará por medio de electroniveles d) Con los gastos bombeados no habrá velocidades inferiores a 0.60 m/s en el emisor a presión.

342

3.7.3 Procedimiento de selección - Gasto de diseño El gasto de diseño que se tomará es el gasto medio que se obtiene al finalizar la primera etapa del proyecto (año 2005), obteniendo de esta manera el mayor tiempo de trabajo de los equipos dentro del rango de mayor eficiencia . El gasto de bombeo por equipo es de 86 l/s Con este gasto seleccionado se requiere equipar la planta con tres equipos en operación y otro de reserva para la segunda etapa. Para la primera etapa, se consideran dos equipos en operación y otro de reserva. Con la curva del sistema y, considerando dos equipos en operación se verificará que se cubra el gasto máximo de 190 l/s - Carga dinámica total La carga dinámica total es de 17.1 m. (Ver punto 3.7.6) - Volumen del cárcamo de bombeo De acuerdo a las recomendaciones del BHRA (British Hydromechanics Research Association), el volumen del cárcamo de bombeo está dado por la siguiente relación:

( )V

Q T4

=

donde: V: Volumen del cárcamo (m3) Q: Gasto de bombeo (m3/s) T : Tiempo entre arranques del equipo de bombeo (s)

)(m

460 10 0.263V 3 X X=

V= 39.45 m3

Si el cárcamo mide: Ancho = 4.5 m Largo = 3.5 m Entonces la altura será de: Altura = 2.5 m Con una altura adicional de 30 cm. para ajustar, con los electroniveles, los arranques y paros de equipos. La altura total es de 2.80 m. La sumergencia requerida por el equipo es un dato del fabricante. Para este caso, se recomienda que el nivel del agua del fondo del cárcamo al nivel de agua mínimo sea de 60 cm.

343

El desnivel de la cota de llegada del canal desarenador al fondo del cárcamo es de 3.40 m Niveles de operación en el cárcamo de bombeo Nivel de agua máximo = 1,985.80 msnm Nivel de agua mínimo = 1,983.00 msnm Nivel de agua medio = 1,984.40 msnm

EQUIPO Niveles de arranque Niveles de paro

Bomba No. 1 1,983.98 1,983.00

Bomba No. 2 1,984.96 1,983.98

Bomba No. 3 1,985.80 1,984.96 - NPSH disponible La NPSH disponible para la instalación es de 7.58 m (ver punto 3.7.6) - Elección de las curvas del fabricante Con el gasto y la carga dinámica total ya verificada, se consultan las curvas de los fabricantes, se elige la más adecuada. (Figuras 3.8 y 3.9) Datos para la selección: Q= 86.0 l/s H= 17.10 mca

Figura No. Eficiencia en el

punto de diseño

3.8 65%

3.9 71% Con esta información concluimos que la elección más conveniente es la bomba de la figura 3.9, ya que cumple con los requerimientos y su eficiencia es la mejor - Trazo de la curva del sistema a) Obtener los puntos característicos de la curva de la bomba

344

Q = 86 l/s H = 17.10 mca

Figura 3.8 Curva de bomba

345

Q = 86 l/s H = 17.10 mca

Figura 3.9 Curva de bomba

346

GASTO CARGA EFICIENCIA

lps mca %

0 32.0 --

50 21.6 68

88 17.1 72

110 13.6 70

140 9.0 68

b) Determinar la curva modificada de la bomba Las pérdidas en las válvulas y accesorios de descarga del equipo no están tomadas en cuenta en la curva del sistema. En vez de representarlas en dicha curva, se hará la substracción de estas pérdidas directamente en la curva de la bomba, obteniéndose una curva modificada que representa el comportamiento combinado de las pérdidas de válvulas y tuberías de descarga del sistema.

Gasto

lps

Carga

mca

Eficiencia

%

Pérdidas en

fontanería y

válvulas

Carga de la

bomba corregida

0 32.0 0 0.00 32.0

50 21.6 68 0.06 21.54

88 17.1 72 0.20 16.90

110 13.6 70 0.31 13.29

140 9.0 60 0.50 8.50 c) Con los datos anteriormente obtenidos se traza la curva modificada de la bomba figura 3.10, y los puntos de intersección con la curva del sistema

347

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23H(m.)

Q(l.p.s.)

TUBERÍA NUEVAQ H H.P. Qt

124.70 11.1 67% 28.54 124.7112.25 13.4 70% 29.69 224.591.63 15.5 72% 27.26 275.5

TUBERÍA USADA

105.0087.70 16.7

14.3112.00

Q

11.5

H

112.0

263.0210.0

72%71%

28.0529.17

67% 26.56

H.P. Qt

1994

2005

2015

VELOCIDAD EN LALINEA DE

CONDUCCIÓN

MÍN.MED. MÁX.

MÍN. MED. MÁX.

MÍN. MED. MÁX.

0.25 0.51 0.76 1.02 1.27 1.53

PROYECCIÓNDE GASTOS

AÑO

60%

70%

80%

90%

1 BOMBA

2 BOMBAS EN

PARALELO

3 BOMBAS EN

PARALELO

TUBERÍA

NUEVA

TUBERÍA

USADA

EFICIENCIA

KRTU-E 150-400 a 1160 RPM.

n

n

Figura 3.10 Curva del sistema con bombas de velocidad constante

3.7.4 Gastos obtenidos de la curva del sistema (Figura 3.10) Tubería Nueva

Gasto

(l/s)

Velocidad en la línea de

conducción (m/s)

124.7 0.64

224.5 1.14

275.5 1.40 Tubería Usada

Gasto

(l/s)

Velocidad en la línea de

conducción (m/s)

112 0.57

210 1.07

263 1.34

348

3.7.5 Conclusiones 1) Para la primera etapa que se contempla hasta el año 2005, se puede equipar la planta con 2 equipos en operación y uno de reserva, ya que el gasto máximo requerido es de 190 l/s y el gasto que se puede bombear es de 210 l/s, con lo cual queda sobrado para trabajar la planta de bombeo un tiempo mayor al contemplado en el horizonte del proyecto 2) La capacidad de la planta, trabajando 2 equipos, es de 210 l/s, considerando tubería usada 3) El equipamiento para la segunda etapa será de 3 equipos en operación y uno de reserva 4) Se recomienda arrancar el equipo de reserva para trabajarlo en conjunto con los otros dos, cuando se requiera desasolvar la línea de conducción durante la primera etapa 5) Para la primera etapa se consideran 2 equipos en operación y uno de reserva 6) La segunda etapa se considera con 3 equipos operando y otro de reserva 7) Los gastos bombeados nunca provocan velocidades inferiores a 0.6 m/s 3.7.6 Cálculos 1.- El gasto de diseño por equipo es de 86.0 l/s 2.- Se tiene un desnivel estático de 10.10 mca 3.- Las pérdidas en la línea de conducción son: - Las pérdidas con tubería nueva son de: 4.7 mca - Las pérdidas con tubería usada son de: 6.6 mca 4.- Las pérdidas por fricción en la tubería de descarga, válvulas y piezas especiales, están determinadas de acuerdo con el procedimiento descrito en la sección 1, capítulo 1 de este manual 5.- La carga dinámica total CDT se calcula sumando la carga estática a las pérdidas por fricción en tuberías de succión y descarga, válvulas y emisor a presión CDT= 10.10 + 6.60 + 0.40

CDT= 17.10 mca 6.- La NPSHD es:

NPSH Pa Pv 10 h hD f=⎛⎝⎜

⎞⎠⎟− + −γ

donde: Pa= 0.079Pa (0.808kg/cm2 abs)

349

Pv= 0.0048Pa (0.049kg/cm2 abs) γ= 0.995 h= 0.3 m hf= 0.05 m

Sustituyendo valores:

( )NPSH 0.808 0.0491.05 10 0.3m 0.05mD = − + +

NPSHD= 7.58 m

7.- La eficiencia de la bomba es 71 %, de acuerdo a la figura 3.9 8.- Cálculo de la potencia de bombeo Nb

NbQ H 76

87.67 (17.10) 1.0576 (0.71) 29.71 HP= = =

γη = 22.15kW

3.7.7 Resumen de cálculo y selección

1.- Capacidad 86.0 l/s

2.- Desnivel Estático 10.10 mca

3.- Pérdidas por fricción en la línea de

conducción 6.6 mca

4.- Pérdidas por fricción en la tubería de

descarga y válvulas 0.40 mca

5.- Carga dinámica total 17.10 mca

6.- Eficiencia de la bomba 71 %

7.- Potencia requerida por la bomba 22.15kW (29.71 HP)

350

BIBLIOGRAFÍA 1.- COLLECTION AND PUMPING OF WASTEWATER METCALF AN EDDY, INC GEORGE TCHOBANOGLOUS 2.- PUMPING STATION DESIGN ROBERT L. SANKS 3.- CENTRIFUGAL PUMP KSB 4.- CENTRIFUGAL PUMP IGOR J. KARASSIK 5.- CENTRIFUGAL PUMP HANDBOOK SULZER 6.- MANUALS OF PRACTICE FOR WATER POLLUTION CONTROL WATER POLLUTION CONTROL FEDERATION

351

4. SELECCIÓN DE GRÚAS 4.1 INTRODUCCIÓN Los diferentes arreglos, capacidades y dimensiones de las grúas que existen en el mercado son el resultado de los requerimientos observados en las diversas áreas de aplicación, como es el caso de plantas de bombeo y/o rebombeo, en las que se ha tipificado el uso de algunas de ellas, que por sus características físicas y formas de operación, cubren satisfactoriamente los requerimientos de manipulación de equipos en estas instalaciones. Además de definir el tipo de grúa a utilizar, también es importante seleccionar adecuadamente su capacidad, evitando el sobredimensionamiento y la utilización de equipamiento auxiliar innecesario, que eleva los costos de adquisición y operación de la misma, esto es, saber identificar el rango de cargas (bomba, motor, columna de succión, accesorio, etc.), la carga máxima crítica y si los distintos movimientos de la grúa (izaje, traslación, giro) serán con accionamiento manual o motorizado. Se tratará todo lo anterior más adelante. Es importante, antes de hacer cualquier selección, considerar que las grúas para plantas de bombeo y/o rebombeo son equipos que realmente sólo se utilizan en el montaje inicial y arranque de la planta y después su uso es muy esporádico, por lo que no conviene tener tantos recursos económicos ociosos. 4.2 OBJETIVO Y ALCANCES En la actualidad el desarrollo de un proyecto de diseño o selección de grúas y polipastos se encuentra supeditado a las recomendaciones de los fabricantes, ya que no se cuenta con la información técnica necesaria, que permita evaluar si efectivamente el equipo recomendado por los mismos es el adecuado y más económico. Por lo anteriormente mencionado, el objetivo de este capítulo es proporcionar a los proyectistas y profesionales de la ingeniería los criterios generales para seleccionar el tipo de grúa que se debe utilizar en plantas de bombeo y/o rebombeo de agua potable o aguas residuales (negras), para distintas aplicaciones, tales como pozos, cárcamos, acueductos y obras de toma, partiendo principalmente del arreglo de los equipos a manipular. Es importante apuntar que las capacidades y arreglos de grúas y polipastos propuestos en este capítulo, están acotados según las capacidades recomendadas para plantas de bombeo y/o rebombeo, considerando las opciones más económicas y funcionales, ya que en el mercado existe una gama de selección mucho mayor, pero que no son recomendables en este tipo de instalaciones, por su grado de complejidad y costo.

352

4.3 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN La grúa es un equipo estructurado, formado por un conjunto de mecanismos, cuya función es la elevación y el transporte de cargas, que en plantas de bombeo y/o rebombeo se usan en las siguientes modalidades: a) Elevación y transporte de carga a lo largo de una línea de trabajo y b) Elevación y transporte de carga a través de una superficie de trabajo. Para cumplir satisfactoriamente con los requerimientos de manipulación de equipos y accesorios, tales como bombas, motores, válvulas, columnas de succión, etc. y trasladarlos a una área de maniobras para enviarlos a reparación y/o mantenimiento y que cubren las dos modalidades descritas, en general se utilizan los siguientes tipos de grúas: Grúa viajera Grúa aporticada Sistema monocarril Grúa giratoria La primera modalidad comprende el levantar, desplazar, girar y depositar una carga. Para ello, son adecuados los sistemas monocarril (el polipasto de izaje se desplaza a lo largo de una viga carril fija situada sobre la línea de transporte) y las grúas giratorias (el polipasto de izaje se desplaza a lo largo de un brazo giratorio que traza un círculo o arco que constituye la línea de transporte) ver fig. 8.1. La segunda modalidad comprende el levantar, desplazar transversal y longitudinalmente, girar y depositar la carga. Para ello, son adecuadas las grúas viajeras y las grúas aporticadas, en donde el puente o pórtico, respectivamente, se desplaza longitudinalmente y el polipasto de izaje transversalmente, teniendo este último un aparejo inferior (mufla) que permite el giro del gancho y de la carga. Ver fig. 8.2. El polipasto es un dispositivo mecánico y/o eléctrico para elevación de carga, cuyos componentes (motor, tambor, reductor de velocidad, freno magnético, flecha, soporte, armazón estructural, interruptor límite, reductor de velocidad, etc.) pueden formar una unidad compacta o de malacate abierto, teniendo este último sus componentes distribuidos adecuadamente sobre una estructura que normalmente forma parte del bastidor de un carro portante. Ver figs. 8.3 y 8.4. Los polipastos compactos, principalmente, se clasifican de acuerdo a su mecanismo de accionamiento para el izaje, en: Polipasto de trinquete Polipasto de torno Polipasto de mordaza Polipasto de motor

353

4.4 SELECCIÓN DE GRÚAS Al seleccionar una grúa, siempre se buscará una cuyo diseño y construcción permita realizar el trabajo en forma segura y eficiente, con la menor inversión inicial y el costo de operación y mantenimiento más bajo posible, por lo que se deben considerar los siguientes factores: a) tipo de grúa; b) capacidad, claro e izaje; c) clase de servicio; d) medio ambiente en el que va a operar; e) velocidades de operación y f) equipamiento. 4.4.1 Tipo de grúa Se define como resultado del estudio y análisis integral de las necesidades de manipulación de cargas, así como del arreglo de los equipos y el local que los aloja. En plantas de bombeo este factor ya está resuelto según los lineamientos mencionados en las sección respectiva. 4.4.2 Capacidad, claro e izaje Al determinar la capacidad de la grúa, se debe buscar el peso máximo crítico a manipular, pudiendo ser el motor, la bomba, columna de succión, tramo de tubería a la descarga, accesorio, etc. o alguna combinación de éstas, dependiendo del equipo de bombeo (centrífuga horizontal, vertical tipo turbina, pozo profundo, etc.). Se deberá seleccionar la capacidad nominal del polipasto comercial inmediato superior a la carga máxima crítica, cuyo exceso de carga, según prácticas de ingeniería, esté dentro del rango de 15 a 35 por ciento mínimo, o sea 25 por ciento promedio. El claro de la grúa se determina en función de la posición y distribución de los equipos y/o accesorios que se desee estén dentro del alcance de la misma, según sea el arreglo y el tipo de planta de bombeo. Para grúas giratorias, el claro viene siendo el alcance del brazo. La altura libre de izaje de la grúa, definida como la distancia entre el piso y el gancho en su posición vertical máxima, estará determinada por la altura de la carga crítica (motor, bomba, columna de succión, accesorio, etc.) multiplicada por dos, considerando además una distancia de libraje mínima de 50 cm. (CMAA No. 70), para poder evitar cualquier obstrucción en piso, de dimensiones similares a la carga manipulada. 4.4.3 Clase de servicio Este factor se basa en el ciclo de operación que tiene que desarrollar la grúa, del que dependerá su tipo de construcción, la robustez con que haya que construirla y la determinación de sus velocidades de operación (izaje y traslación). La CMAA (Crane Manufacturers Association of America) en su norma No. 70 describe hasta seis (6) clases de servicio, esto es: clase A (servicio de reserva o

354

infrecuente), clase B (servicio ligero), clase C (servicio moderado), clase D (servicio pesado), clase E (servicio severo) y clase F (servicio severo continuo). Para plantas de bombeo, este factor ya está determinado y siempre se especificará como clase A, que tipifica a las grúas utilizadas para manipular cargas de mucho valor a bajas velocidades, esto es, instalación inicial de equipos y mantenimiento poco frecuente de los mismos. 4.4.4 Medio ambiente en el que va a operar Las características del medio ambiente están determinadas por las condiciones atmosféricas predominantes en el sitio donde estará ubicada la planta de bombeo, tales como: polvo, humedad salina, lluvia, vientos, nieve, etc. Además de estas condiciones, se deberá especificar al fabricante si el uso de la grúa es intemperie o interior, para que el recubrimiento y/o equipamiento utilizado en la misma sea el adecuado. 4.4.5 Velocidades de operación Las velocidades de operación de una grúa se aplican al izaje del gancho, al desplazamiento del carro portante (trole) del polipasto y al desplazamiento del puente. Aquellas dependen de la clase de servicio de la grúa, su capacidad y forma de operación, donde esta última puede ser desde piso con una botonera de control colgante (estación de botones), o desde una cabina del conductor. Las velocidades recomendables para grúas, cuya aplicación es en plantas de bombeo, son las siguientes, que están catalogadas como lentas, pero son las adecuadas:

CAPACIDAD V E L O C I D A D E S (m/min)

(ton) GANCHO CARRO PUENTE

3

5

7.5

10

15

20

25

30

5 (5)

5 (5)

4 (4)

4 (4)

4 (4)

3 (3)

2.5 (2.5)

2 (2)

15 (38)

15 (38)

15 (38)

15 (38)

15 (38)

15 (38)

15 (31)

15 (31)

15 (61)

15 (61)

15 (61)

15 (61)

15 (61)

15 (61)

15 (61)

15 (46)

355

35

40

50

2 (2)

2 (2)

1.5 (1.5)

15 (31)

12 (31)

12 (23)

15 (46)

12 (46)

12 (30.5) Nota: Las velocidades fuera del paréntesis son para grúas operadas desde el piso por medio de una botonera de control (estación de botones) y las señaladas dentro del paréntesis son para grúas operadas desde cabina del conductor. 4.4.6 Equipamiento Se refiere a los distintos subsistemas que se utilizan como parte de la grúa, tales como: tipo de carro portante (trole) del polipasto y su accionamiento, tipo de polipasto y su accionamiento y tipo de sistema impulsor para el puente. En plantas de bombeo es recomendable que el accionamiento del carro portante del polipasto sea manual hasta una capacidad de 3 ton, mientras la altura de izaje no exceda de 4 m. Asimismo, el accionamiento del polipasto para el izaje se recomienda sea manual hasta una capacidad de 5 ton, mientras la altura de izaje no exceda de 4 m. El movimiento del puente se recomienda en todos los casos sea motorizado, para capacidades mayores de 3 ton, así como para alturas de izaje mayores de 3 m y claros mayores de 3 m. La CMAA (Crane Manufacturers Association of America), en su norma No. 70, describe hasta seis (6) arreglos más comúnmente usados en sistemas impulsores para puentes de grúas eléctricas viajeras; éstos son: A1, A2, A3, A4, A5 y A6 que tienen una serie de ventajas y desventajas que no son motivo de discusión en este manual, pero para el caso de plantas de bombeo, por ser el arreglo más eficiente, se recomienda el A4, que es un sistema impulsor con motor y reductor de velocidad individual acoplado en el carro cabezal ubicado en cada extremo del puente. Cuando el sistema general de la grúa sea accionado eléctricamente (izaje, traslación del polipasto, traslación del puente), es recomendable equipar dicha grúa con otros dispositivos de seguridad, tales como: freno de retención, interruptor límite y freno de contramarcha, que se definen en el glosario. 4.5 SELECCIÓN DE POLIPASTOS 4.5.1 Selección de polipastos Los aspectos más importantes que hay que considerar para la selección de un polipasto son: capacidad, altura de izaje, montaje y control; además de algunos factores básicos de servicio, tales como: distribución de cargas, tiempo de operación, distribución del trabajo, arranques y paros, bajadas constantes y condiciones ambientales especiales.

356

Utilizando todas las características anteriormente mencionadas, la norma mexicana (NOM-R-100-1977) ha dividido a los polipastos por clase de servicio y áreas típicas de aplicación, para poder seleccionarlos rápidamente, en cinco (5) grupos, como son: S-1 (servicio poco frecuente o en espera), S-2 (servicio ligero), S-3 (servicio estándar o normal), S-4 (servicio pesado) y S-5 (servicio severo). Para plantas de bombeo, los polipastos siempre se especificarán como clase S-1, que tipifica a los que dan un servicio poco frecuente, utilizados para instalación y mantenimiento de equipos en el que la carga a levantar es cercana a la capacidad nominal y su operación es esporádica. 4.6 SELECCIÓN DE ACCESORIOS Además del equipamiento principal ya mencionado, hay otros accesorios cuya selección es también importante, tales como: aparejo inferior (mufla), gancho, cable, cadena, eslinga y estrobo. 4.6.1 Aparejo inferior ( mufla ) Es un conjunto de poleas y armazón que forman parte del sistema para devanar el cable de carga de la grúa, que en su parte inferior lleva instalado el gancho y en su parte superior se conecta a una polea igualadora, alojada dentro del polipasto compacto. Aquella deberá seleccionarse para permitir el giro de la carga. 4.6.2 Gancho Es el dispositivo sobre el cual se soporta directamente la carga o los accesorios para manejar la misma, tales como la eslinga y/o el estrobo. Sus dimensiones y construcción dependen básicamente del peso de la carga por manejar y aunque su fabricación puede ser por forja o a base de placas soldadas, se deberán seleccionar los primeros. Las grúas, en la mayoría de los casos, se equiparán indistintamente con un gancho sencillo o doble, pero siempre se deberá cuidar que éstos permitan deformaciones notorias antes de romperse, o lo que es lo mismo deben estar diseñados y construidos para no romperse bruscamente, sin dar con anterioridad señales visibles de deformación. Aunque los ganchos se pueden construir con o sin seguro para que no se salga el cable de carga, giratorios o fijos, se deberán seleccionar los primeros. 4.6.3 Cable El tipo de cable por usar se selecciona con base en el peso y características de la carga, así como del medio ambiente en el que va a operar la grúa. El peso de la mufla, incluyendo el gancho más el peso de la carga nominal de la grúa dividido entre el número de caídas del cable, no deberá exceder el 20 por ciento de la carga de ruptura del cable publicado oficialmente por el fabricante, esto es, que el factor de

357

seguridad de cables utilizados en plantas de bombeo deberán ser de cuando menos 5:1. En forma general los polipastos para grúas en plantas de bombeo utilizan cable con alma de fibra, acero de arado mejorado, torcido normal, tipo de construcción 6 x 37 ó 6 x 19, Seale, Filler o Warrington. Es importante señalar que el diámetro del cable debe guardar una relación determinada con el diámetro de paso de poleas y tambores que se utilicen en los mecanismos de izaje (aparejo inferior y polipasto). Si el cable de carga es de construcción 6 x 37 ó 6 x 19, el diámetro de paso será de 16 veces o 20 veces el diámetro del cable, respectivamente. Como referencia, se incluye la siguiente tabla con los diámetros y características principales del cable en cuestión.

DIAMETRO PESO APROX. RESISTENCIA A LA RUPTURA (ton)

mm (pulg) kg/m ARADO MEJORADO ARADO EXTRA

MEJORADO

3.2 (1/8)

4.8 (3/16)

6.4 (1/4)

8.0 (5/16)

9.5 (3/8)

11.5 (7/16)

13.0 (1/2)

14.5 (9/16)

16.0 (5/8)

19.0 (3/4)

22.0 (7/8)

26.0 ( 1 )

0.04

0.10

0.17

0.27

0.39

0.52

0.68

0.88

1.07

1.55

2.11

2.75

0.69

1.43

2.67

4.16

5.95

8.07

10.40

13.20

16.20

23.20

31.40

40.70

0.77

1.60

3.08

4.78

6.85

9.25

12.10

15.20

18.70

26.70

36.10

46.90 Las eslingas y los estrobos son elementos auxiliares para la sujeción de las cargas y también son fabricados con cable de acero de las características ya mencionadas. 4.6.4 Cadena En la elevación de cargas por medio de polipastos, también se usan las cadenas de eslabones. En polipastos manuales, estas cadenas son accionadas a través de mecanismos de trinquete (embrague) o por medio de ruedas dentadas y en polipastos eléctricos se accionan a través de tambores de arrollamiento.

358

Las cadenas se seleccionan con base en el peso y características de la carga, así como del medio ambiente en el que va a operar la grúa. Para plantas de bombeo son recomendables las cadenas que se construyen en acero forjado, soldado, templado, galvanizado y en eslabones cortos ya que se adaptan mejor a los tambores de arrollamiento. 4.7 LIMITACIONES DE DISEÑO La información que a continuación se presenta tiene por objeto proporcionar al proyectista elementos a la mano para juzgar si la grúa que le está ofreciendo el fabricante cumple con las normas mínimas de diseño de grúas viajeras, según la CMAA No. 70. 4.7.1 Carros cabezales del puente La distancia mínima entre ruedas de los carros deberá ser igual o mayor a 1/7 del claro. 4.7.2 Pasarelas y barandillas Todas las pasarelas deberán soportar una carga viva de 300 kg/m² y las barandillas una carga de 30 kg/m². 4.7.3 Rieles Los rieles sobre los que se desplazan los carros cabezales del puente y los carros portantes (troles) deberán ser tipo ASCE, ARA, AREA o cualquier otro riel comercial reconocido, con un peso de 30 a 100 libras por yarda. 4.7.4 Puente La deflexión máxima vertical del puente, producida por el peso del carro portante (trole) más la carga con un peso igual a la capacidad nominal de la grúa, no debe exceder la relación "claro/890". 4.7.5 Vida mínima de baleros Según la especificación L-10 tendrán una vida promedio de cinco (5) veces más de las horas de vida reloj. Para grúas clase A, las horas L-10 serán de 1250 y las horas reloj totales de 6250. 4.7.6 Potencia mecánica La potencia de los motores de los polipastos debe ser capaz de subir la carga a su par nominal, según la fórmula siguiente:

xEWxVP

4570=

359

donde:

P :Potencia del motor en HP W : Carga de trabajo en kg (peso de la carga útil más el peso del polipasto) V : Velocidad en m/min. (ver tabla en Secc. 2, Cap. 4, Inc. 4.5) E : Eficiencia mecánica del sistema de elevación de la carga. Este valor varía

según el tipo de rodamientos, número de hilos del polipasto y el número de pasos de la caja reductora; sin embargo, para fines prácticos se puede considerar un valor promedio de 0.85. 4.8 EJEMPLOS DE APLICACIÓN 4.8.1 Ejemplo 1 Descripción de la instalación Planta de rebombeo con cinco (5) motobombas centrífugas horizontales de 550 HP c/u, distribuidas en batería, con succiones, descargas y accesorios visibles horizontalmente sobre el piso, así como múltiple común. Todo este conjunto está alojado en un local de 10 m de ancho por 20 m de largo, que incluye una área de maniobras. El equipo que rige la carga máxima crítica es el motor que pesa 2240 kg, que puede desacoplarse de la bomba y manipularse independientemente. Asimismo, el accesorio más alejado de dicha carga pesa más de 100 kg, lo que representa un problema como para transportarlo manualmente al área de maniobras. Las dimensiones de la carga crítica son: 1.30 m de largo, 0.63 m de ancho y 0.80 m de alto. El izaje de la carga no será mayor de 3 m, ya que si multiplicamos la altura del motor por dos (2) y le sumamos el libraje de seguridad de 0.50 m, la altura libre de izaje será: (0.80 x 2) + 0.50 = 2.10 m Procedimiento de selección del tipo de grúa. Puesto que los equipos (motor, bomba) se encuentran dentro de un local, distribuidos en batería, y uno de los accesorios pesa más de 100 kg, el tipo de grúa a utilizar será viajera. Si el accesorio más pesado fuera por menos de 100 kg, se podría utilizar un sistema monocarril instalado sobre el techo, a lo largo de la línea de ubicación de las motobombas.

360

La capacidad nominal de la grúa será la inmediata superior comercial existente, esto es, de 3000 kg (3 ton) que cumple con un exceso de carga dentro del rango de 15 a 35 por ciento, ya que es del 33.9 por ciento.

Exceso de carga = Carga nominal - Carga crítica

Carga crítica100

3000 - 2240× = × =

2240100 339%.

Como el claro de la grúa no es mayor de 10 m y su capacidad es de 3 ton, aquélla será del tipo monopuente. Definición del tipo de accionamiento El accionamiento del puente será eléctrico, ya que aunque la capacidad de la grúa es de 3 ton y el izaje de la carga no será mayor de 3 m, el claro sí será mayor de 3 m, lo que dificultaría mucho el jalón. Se recomienda que el sistema impulsor del puente de la grúa sea el arreglo A4, que consiste de un motor y reductor individual acoplado en cada carro cabezal ubicado en los extremos del puente. El accionamiento del carro portante (trole) del polipasto será manual, ya que la capacidad de la grúa es de 3 ton y el izaje de la carga no será mayor de 4 m. Se recomienda utilizar el carro portante con desplazamiento por rodillos (por jalón). El accionamiento del polipasto para el izaje de la carga también será manual, ya que la capacidad de la grúa es de 3 ton y el izaje de la carga no será mayor de 4 m. Se recomienda utilizar el polipasto de trinquete. El accionamiento eléctrico del puente será a través de una botonera de control colgante (estación de botones). 4.8.2 Ejemplo 2 Descripción de la instalación Cárcamo de bombeo, sección rectangular, con cinco (5) motobombas verticales tipo turbina de 300 HP c/u, ordenadas en batería, con descargas y accesorios visibles horizontalmente sobre la tapa, con múltiple común y motores montados sobre cabezal. Todo este conjunto está a la intemperie, con una área de maniobras adjunta al cárcamo. El equipo que rige la carga máxima crítica es el motor que pesa 1450 kg, que puede desacoplarse del cabezal y manipularse independientemente. Asimismo, el accesorio más alejado de dicha carga pesa menos de 100 kg, que no representa un problema como para transportarlo manualmente al área de maniobras. La longitud total de la

361

columna de succión, incluyendo tazones y campana, no es mayor de 3.50 m y en conjunto pesan menos que la carga crítica considerada. Las dimensiones de la carga crítica son: 1.50 m de altura y 0.75 m de diámetro. El izaje de la carga no será mayor de 4 m, ya que si multiplicamos la altura del motor por dos (2) y le sumamos el libraje de seguridad de 0.50 m, el izaje efectivo sería de: (1.50 x 2) + 0.50 = 3.50 m Procedimiento de selección del tipo de grúa Puesto que los equipos (motor, cabezal) se encuentran distribuidos en batería sobre una línea de transporte, y uno de los accesorios pesa menos de 100 kg, el tipo de grúa a utilizar será un sistema monocarril. Si el accesorio más pesado fuera por más de 100 kg, se podría utilizar una grúa giratoria, cuyo alcance de brazo cubriera los equipos y accesorios, aunque el cárcamo sea rectangular. La capacidad nominal de la grúa será la inmediata superior comercial existente, esto es, de 2000 kg (2 ton), que cumple con un exceso de carga dentro del rango de 15 a 35 por ciento mínimo, ya que es del 37.9 por ciento.

Exceso de carga = Carga nominal - Carga crítica

Carga crítica100

3000 -1450× = × =

1450100 379%.

Definición del tipo de accionamiento El accionamiento del carro portante (trole) del polipasto será manual, ya que la capacidad de la grúa es de 2 ton y el izaje de la carga no será mayor de 4 m. Se recomienda utilizar el carro portante con desplazamiento por rodillo (jalón). El accionamiento del polipasto para el izaje de la carga, también será manual, ya que la capacidad de la grúa es de 2 ton y el izaje de la carga no será mayor de 4 m. Se recomienda utilizar el polipasto de trinquete.

362

4.9 ANEXOS 4.9.1 Anexo A.- BIBLIOGRAFÍA Arntzen, J.C. Crane Girder Construction. Proceedings of the AISC National Engineering. Conference, 1954. Morales Palacios Otto. Grúas Eléctricas Viajeras 1. Hércules, S.A. de C.V. México D.F., Enero de 1994. Mueller, J.E. Lessons from Crane Runways. AISC Engineering Journal. Jan., 1965. National Electric Code, ANSI C1. American National Standards Institute, Inc. New York, New York 10018. Nivón Solis Didier. Grúas en Naves Industriales (especificaciones, criterios de diseño, selección, operación y mantenimiento), Libro de Tesis. Ciudad Universitaria, México D.F., agosto de 1986. Safety Code for Underhung Crane and Monorail Systems, ANSI B30.11. American National Standards Institute, Inc. New York, New York 10018. Specifications for Electric Overhead Traveling Cranes, CMAA No. 70. Crane Manufacturers Association of America. Pittsburgh, Pa., 1975. Specifications for Electric Overhead Traveling Cranes for Steel Mill Service, AISE No. 6. Association of Iron and Steel Engineers. Pittsburgh, Pa., 1969. Standard Specifications for Electric Chain Hoists, HMI 400. Hoist Manufacturers Institute. Pittsburgh, Pennsylvania 15238. Standard Specifications for Electric Wire Rope Hoists, HMI 100. Hoist Manufacturers Institute. Pittsburgh, Pennsylvania 15238. Standard Specifications for Hand Operated Chain Hoists, HMI 200. Hoist Manufacturers Institute. Pittsburgh, Pennsylvania 15238.

363

4.9.2 Anexo B.- GLOSARIO La terminología aquí integrada corresponde a la que usan la mayoría de las normas internacionales de grúas eléctricas. ABERTURA DEL CARRO PORTANTE (TROLE).- Distancia entre centros de las ruedas del carro o distancia horizontal entre centros de rieles del carro. ABERTURA DEL PUENTE.- Distancia entre centro de ruedas de un mismo carro cabezal en el extremo del puente, en el plano longitudinal. ACERCAMIENTO DEL GANCHO.- Distancia mínima horizontal entre el centro del riel sobre la trabe carril y el centro del gancho con aproximación máxima a alguno de los extremos del puente, en el plano transversal. ACERCAMIENTO LATERAL.- Distancia mínima horizontal entre el centro del gancho y el extremo del carro cabezal, en el plano longitudinal. ALIMENTADORES DEL CARRO PORTANTE (TROLE).- Conductores instalados en las trabes del puente para suministro de energía eléctrica al equipo instalado en el carro. ALIMENTADORES PRINCIPALES.- Conductores instalados sobre la estructura de la nave para suministro de energía eléctrica al equipo eléctrico instalado en la grúa. AMORTIGUADOR.- Son dispositivos de seguridad y sirven para reducir el impacto de la grúa al chocar contra los topes. APAREJO INFERIOR (MUFLA).- Es el conjunto de poleas y armazón que forman parte del sistema para devanar el cable de carga de la grúa. APAREJO SUPERIOR (POLIPASTO).- Es el conjunto de poleas que van instaladas en la estructura del carro portante y que forman parte del sistema para devanar el cable de carga de la grúa. CABINA.- Sirve para alojar al operador y a los controladores maestros, la cual puede instalarse suspendida del puente o de los carros cabezales. CABLE DE CARGA.- Es un cable de acero que sirve para soportar la carga; este cable se devana a través de un sistema formado por un tambor, mufla y polipasto. CAPACIDAD NOMINAL.- Es el rango máximo de carga que debe manejar la grúa con seguridad y para el cual fue diseñada.

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CARRO CABEZAL.- Es la parte de la estructura del puente de la grúa ubicada en sus extremos, que le permite su desplazamiento longitudinal. CARRO PORTANTE (TROLE).- Es la parte de la grúa en donde van instalados los mecanismos de elevación para manejar la carga y permite el transporte transversal. CLARO.- Es la distancia horizontal entre centros de ruedas de los carros cabezales del puente, o bien la distancia entre centros de rieles de la trabe carril. COLECTORES.- Dispositivos que transmiten la energía eléctrica de los alimentadores principales a la grúa o de los alimentadores del puente al carro portante (trole). CONEXION A TIERRA.- Es la conexión directa a un sistema de tierra de todo el equipo eléctrico instalado en la grúa, a fin de proteger a las personas contra tensiones y carga estática. CONTACTOR GENERAL.- Usado para conectar o interrumpir el circuito de potencia a todo el equipo eléctrico con que cuenta la grúa. CONTROLADOR MAESTRO.- Sirve para operar manualmente los contactores, relevadores y dispositivos auxiliares de un tablero de control. CONTROL REVERSIBLE SIMPLE.- Es el tipo de control que invierte la dirección de rotación de un motor, obteniéndose las mismas características en los dos sentidos. CUBIERTA DE PROTECCIÓN O GUARDA.- Dispositivo que se emplea para proteger al personal contra contacto involuntario a partes en movimiento de la grúa o bien partes eléctricas vivas. ENSAMBLE DEL PUENTE.- Es la parte de la grúa que se forma con trabes, cabezales, pasarelas y sistema motriz, sobre el cual opera el carro portante (trole). ESTACION DE BOTONES.- Dispositivo integrado con botones operados manualmente que sirve para gobernar el funcionamiento de un tablero de control y/o equipos eléctricos auxiliares en una grúa. FRENO DE CONTRAMARCHA.- Es el método de frenado por inversión de sentido en el giro de los motores. FRENO DE RETENCION.- Sirve para parar y retener la carga durante la operación en cualquier posición durante su recorrido, debe frenar la carga automáticamente en caso de falla en el suministro de energía eléctrica. FRENO DINAMICO ELECTRICO.- Es el método a base de campos electromagnéticos para el control de velocidad en los movimientos de la grúa.

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FRENO MECANICO DE CARGA.- Es un freno automático de fricción que actúa solamente para controlar la carga en su descenso, cuando se levanta la carga el freno está diseñado para liberarse, lo que significa que el freno mecánico no actúa durante el ascenso de la carga. GANCHO.- Es el dispositivo sobre el cual se soporta directamente la carga o los accesorios para manejar la misma. INTERRUPTOR GENERAL.- Dispositivo para conectar o interrumpir la energía eléctrica a toda la grúa. INTERRUPTOR LIMITE.- Dispositivo para limitar la carrera del puente, gancho o carro portante (trole). IZAJE.- Se entiende como la distancia libre vertical que recorre el gancho en el ascenso de la carga hasta el límite superior preestablecido. LIBRAJES.- Se le llama así a las dimensiones mínimas necesarias que deben existir entre el edificio y la grúa para que esta opere sin ningún obstáculo, además de las distancias libres que hay que considerar para fines de seguridad. MALACATE ABIERTO.- Es un dispositivo para elevar la carga, cuyos componentes no forman una unidad compacta y se encuentran distribuidos en forma adecuada sobre la estructura de un carro portante. MOVIMIENTO LONGITUDINAL.- Se aplica al movimiento de la grúa a lo largo de la trabe carril. MOVIMIENTO TRANSVERSAL. - Se aplica al movimiento del carro portante (trole) a lo largo del puente de la grúa. PANDEO.- Es la desviación lateral de un miembro estructural con respecto a su correcta alineación. PAR MOTOR.- Es la fuerza ejercida por un motor al girar sobre su propio eje para efectuar un trabajo. PAR MOTOR A PLENA CARGA.- Se entiende por el par producido por un motor operando a su capacidad y velocidad de régimen. PASARELA.- Se les llama así a los pasillos de circulación que van adheridos a las trabes del puente. Sirven para facilitar el mantenimiento de la grúa y también para soportar componentes de la misma.

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PIQUETEAR.- Este término indica pequeños movimientos obtenidos al aplicarle la potencia a un motor, por fracciones de segundo, y rápidamente quitarle la potencia hasta el paro del mismo. POLEA IGUALADORA.- Es una polea auxiliar que forma parte del polipasto y sirve para devanar el cable de carga y balancear el aparejo inferior (mufla). POLIPASTO- Es un dispositivo para elevación de cargas, cuyos componentes forman una unidad compacta, incluyendo su armazón estructural. PROTECCIÓN DE BAJA TENSIÓN.- Es un dispositivo electromecánico que debe operar cuando el valor de la tensión eléctrica de operación de la grúa disminuye en un 10 por ciento de un valor máximo, o bien cuando hay interrupción en el suministro de energía eléctrica a la grúa. RELEVADOR.- Dispositivo electromecánico que conecta o interrumpe un circuito de control. RELEVADOR DE PROTECCIÓN POR SOBRECARGA.- Dispositivo que se emplea para proteger el equipo eléctrico contra exceso de corriente; opera con un valor de corriente mayor para el que fue calibrado, interrumpiendo el circuito. RIEL.- Se entiende por riel a la vía de rodamiento de los carros cabezales del puente o del carro portante (trole). RUEDA.- Pieza geométrica circular que se emplea en los carros cabezales de la grúa para el desplazamiento del puente, así como para el desplazamiento del carro portante instalado sobre dicho puente. RUEDA CONDUCIDA.- Cada una va montada sobre ejes independientes, para facilitar el movimiento de la grúa. RUEDA MOTRIZ.- Es la que impulsa el movimiento del carro portante (trole) o carro cabezal del puente de la grúa. SECUENCIA DEL TABLERO DE CONTROL.- Se le llama así al orden progresivo en que operan los contactores reversibles y de aceleración del tablero de control. SISTEMA DE TRANSMISIÓN.- Conjunto de partes mecánicas y eléctricas, necesarias para transmitir potencia y accionamiento a los diferentes movimientos de la grúa (motor, freno, reductor, flechas, coples y chumaceras). SISTEMA MOTRIZ.- Conjunto de partes mecánicas para el armado completo de la rueda motriz de los carros cabezales del puente o del carro portante.

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TAMBOR.- Es la parte del malacate abierto o polipasto sobre el cual se devana el cable de carga durante la operación de subir y bajar la carga. TOMACORRIENTE.- Dispositivo en el cual se instalan los colectores. TOMACORRIENTE DEL CARRO PORTANTE.- Es el tomacorriente en el cual se instalan los colectores para la interconexión eléctrica entre los alimentadores del puente y el equipo eléctrico instalado en el carro portante. TOPES.- Son dispositivos de seguridad que sirven para limitar los movimientos transversal y longitudinal de la grúa, normalmente van fijos en los extremos de las trabes de los puentes y de la trabe carril. TRABE CARRIL.- Es la parte estructural instalada en la nave y sobre la cual se montan los rieles para el desplazamiento de los carros cabezales del puente de la grúa. TRABE DE ENSAMBLE DEL PUENTE.- Es la estructura metálica soportada y unida en sus extremos por carros cabezales. Sobre las trabes de ensamble del puente se fijan los rieles del carro portante (trole).

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