USOS DEL COBRE INSTALACIONES ELECTRICAS
ESPECIALISTAS EN CONTENIDO Jorge Araya INACAP Helga Larravide V. Asesora Técnica de Procobre
SANTIAGO DE CHILE
.
MISION DE PROCOBRE Nuestra misión es promover el uso del cobre y sus aleaciones, especialmente en Chile y Latinoamérica, fomentando una disposición favorable hacia su utilización e impulsando la investigación y el desarrollo de nuevas aplicaciones. Colabora y trabaja coordinadamente con las empresas, el gobierno y los organismos relacionados con el cobre para materializar una acción convergente, con visión de largo plazo a nivel mundial. En elcumplimiento de sus fines, Procobre entrega el presente texto como un aporte para la correcta manipulación del Cobre.
Registro de Propiedad Intelectual N° 89.036 ISBN: 956-7776-09-1 1ª Edición 1993 2 ª Edición 2002 Santo Domingo 550. Piso 2 Santiago de Chile Fonos: 632 2520 - Fax: 638 1200
DISEÑO Y DIAGRAMACION Papiro Publicidad
INDICE
ORIENTACION AL ALUMNO
1
UNIDAD MODULAR N° 1 EL REGLAMENTO ELECTRICO
3
UNIDAD MODULAR N° 2 PROTECCIONES ELECTRICAS
18
UNIDAD MODULAR N° 3 TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES
34
UNIDAD MODULAR N° 4 TECNOLOGIA DE LAS UNIONES ELECTRICAS EN CONDUCTORES DE COBRE
56
UNIDAD MODULAR N° 5 PREPARACION Y FIJACION DE DUCTOS
71
UNIDAD MODULAR N° 6 CIRCUITOS ELECTRICOS DE ALUMBRADO
87
ANEXO
108
GLOSARIO
116
BIBLIOGRAFIA
120
ORIENTACION PARA EL ALUMNO PROPOSITOS DEL MODULO El Módulo “Usos del Cobre: Instalaciones Eléctricas” pretende proporcionarle los conocimientos básicos y generales que se requieren en una instalación eléctrica, a fin de concretar una visión más completa de esta especializada actividad y, al mismo tiempo, contribuir al desarrollo de habilidades a través de aplicaciones prácticas específicas. En este esfuerzo no se ha intentado agotar el tema, pero aspiramos a resolver muchas de sus inquietudes y reafirmar su interés vocacional.
MODALIDAD DE ESTUDIO Para cumplir estos objetivos Ud. deberá interactuar activamente con: • El texto base y • Otros recursos disponibles Por el enfoque que este módulo tiene, Ud. podrá participar activamente en la planificación y desarrollo del mismo. Esperamos que tenga la posibilidad de asumir la responsabilidad de su propio aprendizaje, para lo cual algunas de las actividades que deberá realizar son las siguientes: •
Estudiar concentradamente las materias del texto.
•
Desarrollar tareas que impliquen profundizar los temas del texto.
•
Desarrollar los trabajos prácticos ya sea en grupo o en forma individual
•
Aclarar oportunamente las dudas con algún especialista antes de pasar a otros temas.
Como una forma de orientar el estudio de este módulo podemos señalar lo siguiente: •
Cada Unidad comienza con una declaración de los objetivos que se persiguen, por lo que al leerlos podrá informarse de lo que esperamos que Ud. aprenda.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
1
•
Las actividades que se proponen al final de cada unidad le ayudarán a consolidar lo aprendido. Por esto, se recomienda no dejar de hacerlas.
•
AI final de cada Unidad, podrá verificar cuánto ha aprendido, respondiendo las Pautas de Observación. Con ellas sabrá qué aprendió y qué le falta por aprender.
•
Respóndalas con el máximo de seriedad.
En las primeras sesiones Ud. comprenderá:
• • •
Los componentes y características del módulo. La modalidad de estudio. El sistema de evaluación.
Este texto es suyo, obtenga el mejor provecho de él ya que ha sido preparado especialmente para facilitarle el aprendizaje.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
2
UNIDAD MODULAR N째 1
EL REGLAMENTO ELECTRICO
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
3
INTRODUCCION El desarrollo tecnológico en que se desarrolla nuestra vida en el momento presente tiene componentes y características a las cuales nos hemos acostumbrado tanto que si llegáramos a carecer de ellos nos resultaría muy difícil desenvolvernos y adaptarnos a situaciones distintas. Uno de estos componentes es la electricidad y sus múltiples aplicaciones. Esta primera Unidad Modular entrega información específica relacionada con el Reglamento que regula en Chile las instalaciones eléctricas en Baja Tensión, aplicada al alumbrado, tanto a nivel de elaboración y presentación de proyectos, como la ejecución de ellos. Conocer las normas y respetarlas no sólo asegura eficiencia en los procesos propios de las instalaciones eléctricas y calidad en los resultados sino, por sobre todo, seguridad para quienes desarrollan el trabajo y para los que disfrutan los beneficios. En especial, la Unidad presenta materiales de uso frecuente en las instalaciones eléctricas; simbología eléctrica; formatos normalizados y diagrama unilineales. Con seguridad esta Unidad Ud. la trabajará con interés y dedicación ya que estos conocimientos le serán de gran utilidad para sus futuras actividades técnico profesionales.
OBJETIVOS AI término de esta Unidad se espera que Ud. esté en condiciones de:
1
Explicar el contenido de las normas chilenas que rigen en la actualidad las instalaciones eléctricas: Norma Chilena 2/84* y Norma Chilena 4/84*.
2
Identificar materiales de uso frecuente en las instalaciones eléctricas: accesorios, aparatos, artefactos y tablero.
3
Identificar las figuras que constituyen la simbología eléctrica establecida por la norma 2/84 y el significado de ellas.
4
Identificar los formatos más utilizados en la elaboración de proyectos y sus características.
5
Localizar los registros en el formato de elaboración de proyectos y completarlos con datos de una situación real.
6
Interpretar los diagramas unilineales de un plano eléctrico.
7
Elaborar un formato normalizado A-2. (*) Normas que están siendo revisadas para su actualización.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
4
LA NORMA S.E.C.* La norma es un modelo a la cual se ajusta un proceso de fabricación o el resultado de un trabajo. Dicho modelo considera las dimensiones, especificaciones y calidades de los productos elaborados industrialmente, aspectos que se establecen con el fin de simplificar y reducir los gastos que implica fabricar y utilizar tales productos. Cuando nos referimos a la norma S.E.C. nos referimos a modelos cuyo cumplimiento es supervisado por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles y que contiene disposiciones técnicas reglamentarias destinadas a regular el diseño, ejecución y operación de las instalaciones eléctricas en Chile. Esta norma no constituye un manual de instrucciones por el cual guiarse para efectuar una actividad de tipo eléctrico. Se trata de un conjunto de referentes técnicos mínimos de seguridad a ser considerados cuando deben efectuarse instalaciones interiores en baja tensión y al elaborar y presentar proyectos. Lo que la norma S.E.C. explicita debe ser interpretado por profesionales especializados. Ahora bien, las normas chilenas que rigen al momento de la presente reedición del texto a las instalaciones eléctricas son:
N.Ch.ELEC 4/84: Determina las características de las instalaciones interiores en baja tensión.
N.Ch:ELEC 2/84: Especifica las características en la elaboración y presentación de proyectos.
En síntesis, las normas 2/84 para presentación de proyectos y la 4/84 para ejecución de proyectos se caracterizan porque: • •
Rigen a toda instalación eléctrica cuya tensión no exceda a los l000 V. Establecen las disposiciones que deben considerarse al presentar proyectos de instalaciones eléctricas y también en sus etapas de ejecución, mantención y operación.
* Superintendencia de Electricidad y Combustibles (S.E.C)
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
5
MATERIAL DE USO FRECUENTE EN LAS INSTALACIONES ELECTRICAS Para realizar instalaciones eléctricas se hace uso de un conjunto de materiales que permiten obtener un resultado eficiente de las operaciones proyectadas. Conocer cuáles son estos materiales ayuda a interpretar en forma correcta la Norma Chilena de Electricidad. Dichos materiales son conocidos como accesorios, aparatos, artefactos y tablero (*). Las ilustraciones que aparecen en la página siguiente, muestran algunos materiales utilizados en las instalaciones eléctricas. Sólo se destacan aquellos que suelen usarse más frecuentemente.
ACCESORIOS
ARTEFACTOS
APARATOS
TABLEROS
(*) Estos términos y todos los que aparezcan escritos con letra cursiva se encuentran definidos en el glosario que se incluye al término del libro.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
6
SIMBOLOGIA ELECTRICA La simbología eléctrica, representa la estandarización de las figuras utilizadas en la elaboración de los proyectos eléctricos. La norma N.Ch. Elec 2/84 entrega el siguiente listado:
DESIGNACION
SIMBOLO
DESIGNACION
SIMBOLO
1. SIMBOLOS GENERALES
3.3
ARTEFACTO FLUORECENTE DE n TUBOS
1.1
CORRIENTE ALTERNA
3.4
BATERIA
1.2
CORRIENTE CONTINUA
3.5
BOCINA
1.3
TOMA CORRIENTE PROTECCION
3.6
CALENTADOR DE AGUA
1.4
TOMA TIERRA DE SERVICIO
3.7
CAMPANILLA
3.8
COCINA ELECTRICA
2. SIMBOLOS GENERALES
n
2.1
ALIMENTACION DESDE EL PISO INFERIOR
3.9
CONDENSADOR
2.2
ALIMENTACION DESDE EL PISO SUPERIOR
3.10
CONDENSADOR SINCRONICO
2.3
ALIMENTACION HACIA EL PISO INFERIOR
3.11
CHICHARRA
2.4
ALIMENTACION HACIA EL PISO SUPERIOR
3.12
EMPALME
2.5
ARRANQUE O DERIVACION
3.13
ENCHUFE HEMBRA PARA ALUMBRADO
2.6
BANDEJA O ESCALERILLA PORTACABLE
3.14
ENCHUFE HEMBRA DOBLE DE ALUMBRADO
2.7
CABLE CONCENTRICO
3.15
ENCHUFE HEMBRA PARA CALEFACCION
2.8
CABLE FLEXIBLE
3.16
ENCHUFE HEMBRA PARA FUERZA MONOFASICO
+3
2.9
CAJA DE DERIVACION
3.17
CAMARA DE PASO
ENCHUFE HEMBRA PARA FUERZA TRIFASICO
+n
2.10
3.18 2.11
CAMARA DE REGISTRO
ENCHUFE HEMBRA PARA USOS ESPECIALES
2.12
CANALIZACION SUBTERRANEA
3.19
GANCHO DE UNA LUZ
x
2.13
CRUCE
3.20
GANCHO DE n LUCES
x
2.14
LINEA DE n CONDUCTORES
2.15
SIMBOLO GENERAL DE CANALIZACION
n
3. SIMBOLOS DE APARATOS Y ARTEFACTOS 3.1
ALTERNADOR
3.2
ARTEFACTOS DE CALEFACCION
Cs
E
n
HOJA DE NORMA Nº 2
SIMBOLOS ELECTRICOS PARA PLANOS DE ARQUITECTURA
NCh Elec 2/84
LAMINA 1 DE 3
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
7
DESIGNACION 3.21
GENERADOR
3.22
SIMBOLO
G
DESIGNACION
SIMBOLO
3.46
PORTALAMPARA BAJO EN PASILLOS
INTERRUPTOR DE UN EFECTO
3.47
PORTALAMPARA SIMPLE
3.23
INTERRUPTOR DE DOS EFECTOS
3.48
RECTIFICADOR
3.24
INTERRUPTOR DE TRES EFECTOS
3.49
SOLDADORA ESTATICA AL ARCO
3.25
INTERRUPTOR DE COMBINACION
3.50
SOLDADORA ESTATICA POR RESISTENCIA
3.26
INTERRUPTOR DE DOBLE COMBINACION
3.51
SOLDADORA TIPO MOTOR GENERADOR
3.27
INTERRUPTOR DE BOTON (PULSADOR)
3.52
TABLERO DE ALUMBRADO
3.28
INTERRUPTOR ENCHUFE
3.53
TABLERO DE CALEFACCION
3.29
INTERRUPTOR ENCHUFE CON DOS INTERRUPTORES
3.54
TABLERO DE FUERZA MOTRIZ
3.55
TABLERO RAYOS X
3.56
TABLERO PARA USOS ESPECIALES
3.30
INTERRUPTOR DE PUERTA
3.31
INTERRUPTOR DE TIRADOR
3.32
LAMPARA DE GAS
3.33
LAMPARA PORTATIL
3.34
MEDIDOR
M
3.35
MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
M
3.36
MOTOR DE INDUCCION
3.37
MOTOR DE INDUCCION CON MOTOR BOBINADO
3.38
PARTIDOR DE MOTORES
3.39
PORTALAMPARA CON CAJA DE DERIVACION
3.40
PORTALAMPARA CON INTERRUPTOR
3.41
PORTALAMPARA DE EMERGENCIA
3.42
PORTALAMPARA DE EMERGENCIA AUTOENERGIZADA
3.43
PORTALAMPARA DE n LUCES
3.44
PORTALAMPARA MURAL (APLIQUE)
3.45
PORTALAMPARA MURAL CON INTERRUPTOR
3.57
S
VENTILADOR O EXTRACTOR
4. POSTACION
x 4.1
POSTER DE CONCRETO
4.2
POSTE DE CONCRETO CON EXTENSION METALICA
M
4.3
POSTE DE MADERA
M
4.4
POSTE ESTRUCTURAL METALICO
4.5
POSTE TUBULAR METALICO
HOJA DE NORMA Nยบ 2
SIMBOLOS ELECTRICOS PARA PLANOS DE ARQUITECTURA n
NCh Elec 2/84
LAMINA 1 DE 3
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
8
DESIGNACION
SIMBOLO
5. ABREVIATURAS
DESIGNACION 5.25
SIMBOLO
TABLERO DE DISTRIBUCION DE FUERZA
T.D.F.
5.1
ALTA TENSION
A.T.
5.26
TABLERO DE DISTRIBUCION DE CALEFACCION
5.2
BAJA TENSION
B.T
5.27
TABLERO DE COMANDO DE ALUMBRADO
T.C.A.
5.3
BANDEJA PORTACONDUCTORES
b.p
5.28
TABLERO DE COMANDO DE FUERZA
T.C.F.
5.4
CANALIZACION A LA VISTA
v.
5.29
TABLERO DE COMANDO DE CALEFACCION
T.C.C.
5.5
CANALIZACION EMBUTIDA
e.
5.30
CA ERIA DE ACERO
5.6
CANALIZACION PREEMBUTIDA
p.c.
5.31
CA ERIA DE ACERO GALVANIZADO
5.7
CANALIZACION SUBTERRANEA
s.
5.32
CA ERIA DE BRONCE
t.b.
5.8
AISLADOR CARRETE
a.c.
5.33
CA ERIA DE COBRE
t.c.
5.9
CANALIZACION EN AISLADORES DE ROLLOS
a.r.
5.34
CA ERIA METALICA FLEXIBLE
t.m.t.
CA ERIA DE PARED GRUESA GALVANIZADO (CAร ERIA)
c.g.
T.D.C.
t.a.
t.a.g.
5.10
CONDUCTO DE ABESTO CEMENTO
c.ac.
5.35
5.11
CONDUCTO DE CEMENTO DE DOS VIAS
Cc.2v.
5.36
CA ERIA PLASTICA FLEXIBLE DE P.V.C.
t.p.t
5.12
CONDUCTO DE CEMENTO DE 4 VIAS
Cc.4v.
5.37
CA ERIA PLASTICA RIGIDA DE P.V.C
t.p.r.
5.13
ESCALERILLA PORTACONDUCTORES
e.p.
5.38
CA ERIA PLASTICA DE POLIETILENO
t.p.p.
5.14
TABLERO GENERAL
T.G.
5.15
TABLERO GENERAL AUXILIAR
5.16
TABLERO DE DISTRIBUCION
T.D.
5.17
TABLERO DE COMANDO
T.C.
5.18
TABLERO GENERAL DE ALUMBRADO
T.G.A.
5.19
TABLERO GENERAL DE FUERZA
T.G.F.
5.20
TABLERO GENERAL DE CALEFACCION
T.G.C.
5.21
TABLERO GENERAL AUXILIAR DE ALUMBRADO
T.G. Aux.F.
5.22
TABLERO GENERAL AUXILIAR DE FUERZA
T.g. Aux.F.
5.23
TABLERO GENERAL AUXILIAR DE CALEFA
T.G.Aux.C.
5.24
TABLERO DISTRIBUCION DE ALUMBRADO
T.G. Aux.
T.D.A.
HOJA DE NORMA Nยบ 2
SIMBOLOS ELECTRICOS PARA PLANOS DE ARQUITECTURA
NCh Elec 2/84
LAMINA 1 DE 3
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
9
FORMATOS NORMALIZADOS Como vimos anteriormente, la Norma Eléctrica 2/84 establece las bases para la presentación y elaboración de proyectos. Dentro de las disposiciones de esta norma, están las referidas al formato de los proyectos. El cuadro siguiente presenta la serie de formatos más utilizados en proyectos de instalaciones eléctricas, las dimensiones totales que deben respetarse y las que deben tener específicamente los márgenes.
FORMATO
DIMENSIONES (mm)
MARGENES IZQUIERDO
OTROS
A0
1189 x 841
35
10
A1
594 x 841
30
10
A2
420 x 594
30
10
A3
297 x 420
30
10
A4
210 x 297
30
10
De acuerdo a las necesidades
La siguiente ilustración corresponde al facsímil de un formato que muestra la ubicación de los registros o información que debe explicitarse en el proyecto y las dimensiones que identifican el proyecto a ejecutar.
Modificaciones
50
110
80
80
En este espacio puede eventualmente ubicarse el cuadro de cargas si sus dimensiones lo permiten
110
Rotulación
Croquis de ubicación
Timbres de inscripción
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
10
Como vemos, el formato considera los siguientes registros:
•
Rotulación.
•
Timbres de inscripción.
•
Croquis de ubicación.
•
Modificaciones (de acuerdo a las necesidades).
•
Cuadro de cargas (si sus dimensiones permiten ubicarlo en el espacio destinado en el formato).
Revisemos en qué consiste cada uno de estos registros:
DE ACUERDO A LAS NECESIDADES
Detengámonos nuevamente en el formato.
Modificaciones
EN ESTE ESPACIO PUEDE EVENTUALMENTE UBICARSE EL CUADRO DE CARGAS SI SUS DIMENSIONES LO PERMITEN
80
80
E SD UI ON Q O CI CR ICA UB
110
110
DE ES CION R B IP TIM SCR IN
RO TU LA CI ON
50
LA ROTULACION Como puede apreciarse en el croquis que lo detalla, en este espacio se incluye:
•
El título del proyecto
•
La dirección del lugar donde se ejecutará
•
La fecha de elaboración
•
El nombre del instalador responsable
•
La firma y RUT del propietario
•
Otros datos necesarios para la identificación del proyecto eléctrico.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
11
FECHA
CALLE
OTROS DATOS
ACEPTACION PROPIETARIOS
INSTALADOR
FIRMA
FIRMA
25
80
DE
20
LAMINA ESCALA
6.6 6.6 6.6
COMUNA
35
TITULO DE PROYECTO (*)
LICENCIA O TITULO DOMICILIO COMERCIAL TELEFONO
R.U.T. 55
55 100
Las medidas de rotulaciรณn y de las subdivisiones son las que se dan a conocer en la ilustraciรณn.
ZONA DE LOS TIMBRES DE INSCRIPCION
80
Junto a la rotulaciรณn aparece la zona destinada a la colocaciรณn del o de los timbres de inscripciรณn, cuya presencia autoriza la puesta en marcha del proyecto.
110
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
12
ZONA DEL CROQUIS DE UBICACION En este espacio se sitúa física y geográficamente la ubicación de la propiedad destacando calles colindantes y vías principales.
80
80
EL CUADRO DE CARGA Corresponde a la descripción técnica de las cargas de alumbrado de la obra eléctrica. En este espacio se identifican los circuitos, sus consumos, sus protecciones, canalización y ubicación.
CUADRO DE CARGAS DE ALUMBRADO
PROTECCIONES TDA.
CTO. N°
PORT.
ENCH
OTROS
TOTAL CENTROS
POTENCIA W
CANALIZACION
FASE
UBICACION DIF.
DISY
COND.
DUCTO
Este cuadro es básico: en función a las necesidades podrán suprimirse o agregarse otras columnas para identificar otros consumos de alumbrado no detallados en este modelo.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
13
ZONA PARA MODIFICACIONES
Dimensión de acuerdo a las necesidades.
En este espacio se registran las modificaciones que se efectúan al proyecto.
50
EL DIAGRAMA UNlLINEAL Para elaborar un proyecto eléctrico es necesario disponer de ciertas bases sobre las cuales poder diseñarlo y representar los elementos que orientarán su ejecución. Como punto de partida del trabajo, se requiere una planta arquitectónica de la propiedad, la que debe ceñirse a las normas del dibujo arquitectónico, tanto en su simbología como en la escala de dibujo. Esta planta debe presentarse sobre un formato normalizado de acuerdo con sus dimensiones.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
14
Sobre esta base, se realizan las acciones siguientes:
•
Representación de los aparatos y artefactos normalizados sobre la planta.
•
Diseño de la canalización que desarrolla el diagrama unilineal de la instalación.
•
Verificar, de acuerdo a normativa vigente, el cumplimiento de los requisitos mínimos de seguridad de la instalación.
•
Llenar el cuadro de carga
•
Llenar la rotulación del plano.
•
Elaborar el diagrama unilineal de protección.
PRACTICA DE TALLER Prepare un Formato Normalizado A-2 con márgenes, croquis de ubicación y cuadro de rotulación normalizados y luego autoevalúese con la Pauta de Observación que se incluye en la siguiente página.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
15
PAUTA DE OBSERVACION Observando atentamente su trabajo, responda lo más objetivamente posible, las siguientes preguntas. Esto le ayudará a evaluar la calidad de él. • DEL PROCESO
SI
1
¿Seleccionó los elementos de trabajo y los puso al alcance de la mano: instrumentos de dibujo, otros?
2
¿Verificó limpieza de la mesa (sin tierra ni grasa) y constató que la superficie no tenga imperfecciones?
3
¿Adoptó la postura corporal correcta para dibujar?
4
¿Verificó que la luz no arroje sombras ni reflejos sobre su trabajo?
5
¿Usó correctamente los instrumentos de dibujo?
6
¿Tuvo presente las exigencias establecidas por la Norma 2/84 en relación a formatos?
NO
• DEL PRODUCTO 7
Las dimensiones del formato, ¿Están normalizadas?
8
¿Los cuadros contienen los registros correspondientes ? (croquis de ubicación, cuadro de rotulación).
9
¿La calidad del dibujo responde a las exigencias técnicas?
10
¿Demoró el tiempo previsto por el profesor para obtener el producto pedido?
• CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “Si”, lo felicitamos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
16
RESUMEN Esta Unidad destaca la importancia de que toda instalación eléctrica que se ejecute o esté en operaciones, esté Normalizada de acuerdo a los requerimientos de la N.SEC (Norma Chilena de Electricidad determinada por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles; S.E.C. ) Informa que las normas chilenas que rigen en la actualidad a las instalaciones eléctricas, son la 4/84, que determina las características de las instalaciones interiores en baja tensión y la 2/84 que especifica las características de elaboración y presentación de proyectos. Presenta los materiales de uso frecuente en las instalaciones eléctricas tales como accesorios, aparatos, artefactos y tablero o equipo desde el cual se puede operar y proteger una instalación. También, la simbología que se utiliza en la elaboración de proyectos, los tipos de formatos, sus dimensiones y registros. Respecto de estos últimos, describe la rotulación, la zonas de timbres de inscripción, del croquis de ubicación y para las modificaciones y el cuadro de carga. Finalmente, en relación con el diagrama unilineal, se enfatiza la importancia de disponer de bases sobre las cuales desarrollar la secuencia que implica la elaboración del proyecto.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
17
UNIDAD MODULAR N째 2
PROTECCIONES ELECTRICAS
18
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
INTRODUCCION Efectuar una instalación eléctrica es una actividad laboral de la más alta responsabilidad. La electricidad es, innegablemente, un factor que contribuye al desarrollo de una nación y un elemento facilitador de la vida de las personas, pero al mismo tiempo, puede ser causa de accidentes e incluso de muerte si no se conocen o no se respetan los procedimientos para su manejo eficiente. Esta Unidad explica los tipos de fallas que pueden presentarse en una instalación eléctrica y describe los diferentes elementos protectores que aseguran la integridad de las personas y de los equipos. Dichos elementos protectores no sólo deben ser identificados por quienes tienen a su cargo la instalación eléctrica sino que también por los usuarios de ella. Por esta razón, el tema de las protecciones eléctricas constituye un importante capítulo de este Manual, el que se espera, sea una ayuda para su capacitación laboral tanto en el plano del conocimiento como en el de las actitudes.
OBJETIVOS Al término de esta Unidad se espera que Ud. esté en condiciones de:
1
Explicar cuándo el estado operativo de una instalación eléctrica es normal y cuándo es anormal.
2
Describir estados de anormalidad de una instalación eléctrica, específicamente lo que constituye fallas.
3
Identificar elementos de protección que se utilizan en las instalaciones eléctricas.
4
Describir características de las protecciones eléctricas.
5
Describir efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano.
6
Señalar la importancia de la tierra de protección para la seguridad de las personas.
7
Seleccionar protecciones adecuadas a los requerimientos de una instalación eléctrica.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
19
CARACTERISTICAS OPERATIVAS DE UNA INSTALACION ELECTRICA Durante su funcionamiento, toda instalación eléctrica puede presentar dos estados operativos: normal y anormal. El estado es normal cuando el voltaje, corriente, aislación, temperatura, etc. se encuentran dentro de los márgenes preestablecidos. El estado es anormal cuando uno o más parámetros se encuentran sobre o bajo los valores preestablecidos (sobrevoltajes; corto circuitos; sobretemperatura; caída de voltaje, otros). Considerando la gravedad de las anormalidades existe la siguiente subclasificación:
• •
Perturbación Fallas
PERTURBACION Es una anormalidad que tiene un tiempo breve de duración. Son ejemplos de perturbación: las variaciones de voltaje, la partida de motores de gran potencia y las variaciones de frecuencia. Por no constituir riesgo para la operación de la instalación ésta puede seguir en servicio. FALLA Son ejemplos de fallas: la pérdida de aislación, sobrecarga permanente, corto circuitos, etc. Debido a su gravedad constituye un riesgo para la integridad de las personas y/o de los equipos. Por esta razón, la instalación debe quedar fuera de servicio en el menor tiempo posible. Según la naturaleza y gravedad, las fallas se clasifican en:
• Sobrecargas • Corto circuitos • Fallas de aislación
20
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
Sobrecarga Es toda magnitud de voltaje o corriente que supera el valor considerado normal (valor nominal). Las sobrecargas de corriente más comunes se originan en el exceso de consumos en la instalación eléctrica. Debido a esta situación de sobre exigencia, se produce un calentamiento excesivo de las líneas eléctricas lo que puede terminar incendiando las aislaciones, con el consiguiente riesgo de la propiedad involucrada. Corto Circuito Es la falla de mayor gravedad que puede darse para toda instalación eléctrica. Su origen está en la unión de dos conductores a distinto nivel de potencial eléctrico (fase y neutro, fase y fase ,etc). El nivel de corriente se eleva a rangos tan excesivos que genera, en los puntos de falla, fusión del conductor eléctrico y los componentes involucrados con el consiguiente riesgo de incendio del inmueble. Falla de Aislación El origen de esta falla está en el envejecimiento de las aislaciones, cortes mecánicos, mala ejecución de las reparaciones, etc. Si alguno de los elementos de la instalación eléctrica (conductores, equipos del sistema) pierde su aislación, las carcazas metálicas de los equipos, (usualmente desenergizadas), se electrifican, con el consiguiente peligro para la vida de las personas, las que pueden sufrir un shock eléctrico por contacto indirecto.
ELEMENTOS DE PROTECCION EN INSTALACIONES ELECTRICAS. En toda instalación eléctrica se debe considerar un sistema de protecciones destinado a entregar seguridad a las personas y a los equipos. Una instalación eléctrica no es concebida para que presente fallas de operación, pero existen condiciones de tipo ambiental, de uso, sobrecargas, falta de mantención, envejecimiento de las aislaciones, etc. que pueden generarlas. Las protecciones están destinadas a minimizar los efectos de las fallas, de tal manera que al presentarse alguna, la instalación dañada pueda ser aislada para su posterior reparación.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
21
El alterar, sobredimensionar o eliminar una protección eléctrica, constituye una acción que atenta contra la integridad de las personas y de las instalaciones. Son elementos de protección:
• • • •
Los fusibles Los disyuntores El protector diferencial El sistema puesta a tierra de protección
Veamos en que consiste cada uno de ellos y cuáles son sus características. LOS FUSIBLES Los fusibles son elementos de protección que desconectan con seguridad, corrientes de corto circuito y sobrecargas permanentes. Este elemento de protección, cuenta con un “hilo conductor” de bajo punto de fusión que se sustenta entre dos cuerpos conductores en el interior de un envase cerámico o de vidrio que da la forma característica al fusible. El siguiente es un esquema que muestra los componentes de un fusible y su disposición en el mecanismo. Tapas de cabezal Elemento fusible y fusión discriminada
Señalización intervención del fusible Cuerpo cerámico
Masa deionizante de altísima inercia térmica
Para que este medio de protección sea efectivo, debe ser seleccionado teniendo presente las características del consumo y de la instalación, en el punto donde el fusible se situará. Esto implica que la magnitud de la corriente que lo hará operar, el tiempo en que dicha operación se producirá y la capacidad de ruptura del fusible, deben ser las adecuadas para dicho consumo e instalación. Es importante tener presente que un fusible utilizado en alumbrado, actúa para una corriente mínima comprendida entre 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal o de placa del dispositivo, como valor promedio.
22
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
Las características de operación de los fusibles, están dadas por las curvas tiempo - corriente y existe una para cada tipo y capacidad de fusibles. La representación gráfica de estas curvas es la siguiente: A
104
Línea característica tiempo de prearco / corriente
s
103 102 101
Límite
A. CURVA DEL FUSIBLE CLASE gL B. FUSIBLES RAPIDOS C. FUSIBLES RAPIDO LENTO
100 10-1
4
Zona de reacción para cortacircuitos Línea característica tiempo de funciona- miento / corriente
Zona de reacción para sobrecargas
10-2 10-3 IN
(4....8) • IN
Corriente
C 100 50
MINUTOS
MINUTOS
B
20 10 5 2
20 10 5 2 1
1 20
20
10
10 5
5 2
SEGUNDOS
SEGUNDOS
240 120 60
1 0,5 0,2 0,1
0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005
0,05 0,02 0,01
2 1 0,5
2
5
10
20
50
100
200
500
100
2000
5000 10000 1(Amp)
0,002 0,001 10
20
50
100 200
500 10
2000
5000 104
20000
50000 105 1(Amp)
CLASIFICACION DE FUSIBLES SEGUN SU FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO
SERVICIO
Denominación
Corriente
Corriente
Denominación
9
In
≤ lmin
gl gR gB
a
In
≤ 4 In
aM aR
Protección
Cables y conductores Semiconductores Equipos de minas Aparatos de maniobras Semiconductores
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
23
LOS DISYUNTORES El disyuntor o interruptor magnético- térmico, es un dispositivo de protección destinado a cumplir las siguientes funciones: • Abrir o cerrar un circuito en condiciones normales. • Abrir un circuito en condiciones de fallas, ya sea por sobrecarga o corto circuito. Se caracteriza porque puede realizar un elevado número de maniobras y, a diferencia del fusible, puede ser utilizado nuevamente después del despeje de una falla. Su accionar frente a una falla, depende de dos tipos de elementos: • El elemento térmico. • El elemento magnético. El elemento térmico está formado por un bimetal que, al dilatarse por efecto del calor producido por el exceso de corriente, opera el mecanismo de apertura del interruptor. El dibujo siguiente facilita la comprensión de este proceso. M1 BIMETAL CALIENTE
BIMETAL FRIO
M2
M1 Metal de mayor coeficiente de dilatación lineal. M2 Metal de menor coeficiente de dilatación lineal. El dispositivo térmico es de operación lenta y resulta muy apto para proteger sobrecargas. t (s)
CURVA DE OPERACION DE LA UNIDAD TERMICA
IN
24
Veces la Intensidad nominal
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
En cuanto al elemento magnético, corresponde a una bobina que sensa en todo momento el comportamiento de la instalación. Esto, debido a que es recorrida por la corriente del circuito que protege. AI presentarse eventualmente una falla que lleve la magnitud de la corriente a valores muy elevados, la bobina desarrolla un campo magnético de gran intensidad que atrae el mecanismo de “trip” o desconexión del interruptor. Esto puede apreciarse en el esquema siguiente:
CONTACTO MOVIL OPERADO BOBINA
CONTACTO FIJO TRINQUETE
(ASPECTO CONSTRUCTIVO)
CURVA DE OPERACION DE LA UNIDAD MAGNETICA t (s)
Veces la Intensidad nominal
El elemento magnético es utilizado para la protección contra corto circuitos, debido a su característica de operación rápida.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
25
Veamos primero cómo está dispuesto el conjunto térmico - magnético al interior de un disyuntor y luego la curva de operación de un disyuntor. FUNCIONAMIENTO Y CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVOS Magnético-Térmico
BIMETAL
BOBINA DE DETECCION MAGNETICA
CAMARA DE CORTE
t 1h
SE CLASIFICAN SEGUN EL UMBRAL DE INTERVENCION MAGNETICA OPERACION MAGNETICA
TERMICO
Curva B: entre 3 y 5 IN Curva C: entre 5 y 10 IN Curva D: entre 10 y 20 IN
0,01 seg
3
5
MAGNETICO 10 20
xln
La curva que observamos anteriormente, refleja claramente la acción de la protección térmica (zona de tiempo inverso) y la acción de la protección magnética (tiempo instantáneo). EL PROTECTOR DIFERENCIAL Este dispositivo de protección está destinado a desenergizar un circuito cuando en él se presenta una falla de aislación. Constituye un núcleo toroidal de material ferromagnético, abrazado por dos bobinas que se asocian en serie con el circuito protegido, más una bobina diferencial.
26
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
La siguiente ilustración describe más concretamente la estructura y funcionamiento de un protector diferencial.
F
N
I
ESQUEMA DE PRINCIPIO DE UN INTERRUPTOR DIFERENCIAL
C
Id
Ø d Ø 2 Ø 1
1
D
R
2
P : pulsador para prueba R: resistencia C: dispositivo de mando de la apertura del interruptor TR: toro D: devanado diferencial Id: corriente diferencial
Ød = Ø1 − Ø2
P
TR
A LOS RECEPTORES
Veamos cómo opera el protector diferencial: • Cuando la corriente atraviesa la bobina 1, origina un flujo Ø1. • Cuando la corriente atraviesa la bobina 2, origina un flujo Ø2. En condiciones normales Ø1 = Ø2 Luego, el ØR = Ø1 - Ø2 = ØD = 0 • Cuando la corriente que atraviesa la bobina 1 no es igual a la que recorre la bobina 2, se origina un flujo diferencial ØD ≠ 0. Si este flujo equivale a la sensibilidad del dispositivo, actúa el mecanismo de desenganche, dejando fuera de servicio el circuito o instalación eléctrica. El principio de la protección diferencial se basa en que el interruptor desconecta un circuito defectuoso cuando una intensidad a tierra sobrepasa el valor de la intensidad diferencial.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
27
En este sistema de protección, todas las masas de los aparatos deben ser puestas a tierra. La resistencia de puesta a tierra debe cumplir con la siguiente expresión:
RPT ″
Vs ID
Analicémosla: Vs = voltaje de seguridad. (Ambiente seco : 65 V) (Ambiente húmedo : 24 V) Por ejemplo : ambiente seco Vs = 65 V ID = 30 m A valor característico
RPT =
65 30x10
= 2166,7 ((Ω)
-3
El uso de un protector diferencial, permite que la puesta a tierra tenga un valor relativamente alto, que fácilmente puede ser logrado con un electrodo del tipo Copperweld. F N
D
N
F IF ID
AI circular a tierra una corriente de fuga, el protector actúa despejando el circuito. EL SISTEMA PUESTA - TIERRA DE PROTECCION En todas las instalaciones de baja tensión, y especialmente en aquellas de los edificios destinados a vivienda, es necesario garantizar la seguridad de las personas que los habitarán, dotando a las instalaciones de los mecanismos de protección que corresponda.
28
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
Cuando se trata de instalaciones a las que se conectarán una extensa serie de aparatos eléctricos, fijos y móviles, metálicos o no metálicos, susceptibles de deterioro desde el punto de vista eléctrico, es fundamental la defensa contra los «contactos indirectos». Para evitar dichos contactos indirectos, hay una serie de sistemas de protección. Uno de los más difundidos es el de tierra de protección. El objetivo de la puesta a tierra es asegurar que todo artefacto o consumo eléctrico, al entrar en falla de aislación sus carcazas o partes metálicas, no alcance una tensión respecto a tierra mayor que los niveles de “Tensión de Seguridad” Vs. Recordemos que Vs es: • 65 V en ambientes secos. • 24 V en ambientes húmedos. Las ilustraciones siguientes explican en forma más concreta los contactos eléctricos (directos- indirectos).
N T
CONTACTO DIRECTO
Ia
Id
Ic
Rc
3000
R
CONTACTO INDIRECTO
30 Ri
Ic
Rc=3000
Ru=20
CONTACTOS INDIRECTOS (CON PARTES QUE NORMALMENTE NO ESTAN BAJO TENSION)
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
29
La red de tierra de protección Con respecto a este punto, la Norma S.E.C. establece lo siguiente: “Toda pieza conductora que pertenezca a la instalación eléctrica, o forme parte de un campo eléctrico y que no sea parte integrante del circuito, debe conectarse a una puesta a tierra de protección para evitar tensiones de contacto peligrosas”. Al diseñar la puesta a tierra de protección se debe evitar la permanencia de tensiones de contacto en las piezas conductoras no integrantes de los circuitos (carcazas). La protección puede lograrse por dos vías: • Puesta a tierra individual por cada equipo protegido, o bien, • Puesta a tierra común y un conductor de protección, al cual se conectan los equipos protegidos. Veamos el siguiente ejemplo de una puesta a tierra común.
ELECTRODO CALDERA
CABLE DE COBRE
La resistencia de cada puesta a tierra de protección no debe exceder al siguiente valor.
RPT ″
Vs 2,5 IN
Vs= Tensión de seguridad (65 V; 24V) IN = Corriente nominal de la protección. Ejemplo: si Vs = 65(V) y IN =10A
RPT ″
30
65 = 2,6 ( ) 2,5 x10
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
PELIGROSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD SOBRE EL CUERPO HUMANO Los efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano, dependen de lo siguiente: • Intensidad de la corriente que lo atraviesa. • Duración del contacto. • Resistencia eléctrica del propio cuerpo. Con respecto al último aspecto, la resistencia eléctrica del cuerpo varía según las condiciones físicas y psíquicas del sujeto y del estado de su piel (secamojada). Se estima que la resistencia mínima del cuerpo humano es de 3000 Ohm para baja tensión y de 1000 Ohm para alta tensión, siendo estos valores un dato extremadamente variable. El cuadro siguiente describe los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano. Corriente que atraviesa el cuerpo CORRIENTE QUE ATRAVIESA EL CUERPO HUMANO (mA)
Efectos EFECTOS
Hasta 1
Imperceptible para el hombre
2a3
Sensación de hormigueo
3 a 10
El sujeto consigue, generalmente, desprenderse del contacto (liberación). De todas formas, la corriente no es mortal.
10 a 50
La corriente no es mortal si se aplica durante intervalos decrecientes a medida que aumenta su intensidad. De lo contrario los músculos de la respiración se ven afectados por calambres que pueden provocar la muerte por asfixia.
50 a 500
Corriente decididamente peligrosa en función creciente con la duración del contacto que da lugar a la fibrilación cardíaca (funcionamiento irregular con contracciones muy frecuentes e ineficaces). Posible defunción del infortunado.
más de 500
Decrece la posibilidad de fibrilación pero aumenta el riesgo de muerte por parálisis de los centros nerviosos a causa de fenómenos secundarios.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
31
En relación con este mismo tema, es útil analizar la curva de peligrosidad que representa la corriente eléctrica para el cuerpo humano. CURVA DE PELIGROSIDAD
TIEMPO (s)
10
2
1
0,1
1 0,01
10
100
1000
CORRIENTE (mA)
1
ZONA ESTADISTICAMENTE NO PELIGROSA PARA LA INTEGRIDAD FISICA DE LAS PERSONAS.
2
ZONA PELIGROSA: SIGUIENDO LA VARIACION DE LA CURVA DESDE ARRIBA HACIA ABAJO SE PASA DEL PELIGRO DE TETANlZACION AL DE ASFIXIA Y LUEGO A LA FIBRlLACION CARDIACA.
32
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
ACTIVIDADES 1
Consulte en el comercio marcas y rangos de protectores para instalaciones eléctricas.
2
Consulte con un técnico que esté efectuando una instalación eléctrica, las características de los protectores, su ubicación en el sistema y la razón por la cual seleccionó esos y no otros protectores.
3
Observe modelos concretos de fusibles, disyuntores y diferenciales.
4
Seleccione protecciones adecuadas a los requerimientos de una instalación eléctrica. 4.1 Dimensione, es decir, cuantifique requerimientos eléctricos (voltaje corriente, nivel de aislación). 4.2 Seleccione el protector adecuado de acuerdo a necesidades específicas teniendo presente lo que ofrece el mercado.
RESUMEN Esta Unidad describe las características operativas de una instalación eléctrica, los elementos de protección que se utilizan en este tipo de instalaciones y el grado de peligrosidad que representa la corriente eléctrica para la vida humana. Se señala que durante su funcionamiento, toda instalación eléctrica puede presentar dos estados operativos: normal y anormal. Las anormalidades se presentan cuando uno o más parámetros se encuentran sobre o bajo los valores preestablecidos, y según su gravedad se clasifican en perturbaciones y fallas. Las fallas a su vez se subclasifican en sobrecargas, corto circuitos y fallas de aislación. Con respecto a los elementos de protección en instalaciones eléctricas, se destaca la importancia de éstos para las personas y para los equipos y se describen los fusibles, disyuntores, el protector diferencial y el sistema tierra de protección. En cuanto a la peligrosidad de la corriente eléctrica, se analizaron los efectos de ella sobre el cuerpo humano.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
33
UNIDAD MODULAR N째 3
TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
34
INTRODUCCION La eficiencia de una instalación eléctrica depende de variados factores entre los que destacan la responsabilidad y seriedad de quienes la realizan y también los materiales y elementos que son empleados en su ejecución. Esta Unidad Modular trata precisamente de estos últimos ya que contiene información muy útil sobre conductores, aislantes y ductos, entre otros. Se enfatiza la importancia del empleo del cobre en la elaboración de los conductores, por sus extraordinarias propiedades mecánicas y eléctricas, hecho que debe tener muy presente el técnico quien le corresponda proyectar y/o ejecutar una instalación. A través del estudio de la Unidad se pueden obtener valiosos conocimientos sobre la tecnología de los materiales que se emplean en las instalaciones eléctricas, tecnología que se relaciona no sólo con las materias primas que los componen, sino que también con la configuración de los materiales, el cálculo de lo requerido, el funcionamiento y la normalización por la que deben regirse. El éxito en el logro de los objetivos que se incluyen dependerán de la información que le entregamos, del apoyo que le prestará su profesor, pero fundamentalmente, de su propio interés y dedicación.
OBJETIVOS Al término de esta Unidad, esperamos que Ud. esté en condiciones de:
1
Identificar materiales y elementos que se utilizan en instalaciones eléctricas, sus características y funciones.
2
Describir las características técnicas del cobre como elemento principal utilizado en la fabricación de los conductores eléctricos.
3
Explicar aspectos principales relacionados con los tipos de conductores eléctricos, su clasificación, dimensionamiento y comportamiento ante la eventualidad de fallas en la instalación.
4
Describir diferentes tipos de ductos normalizados, sus características y aplicaciones.
5
Dimensionar, en función de los requerimientos de carga, la sección del conductor de cobre requerido.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
35
MATERIALES Y ELEMENTOS DE UNA INSTALACION ELECTRICA Toda instalación eléctrica está configurada por una serie de componentes, elementos y materiales con funciones específicas de tipo eléctrico, o bien, mecánico. En lo correspondiente a la clasificación de los materiales desde el punto de vista eléctrico, éstos se presentan en la categoría conductores y aislantes. Veamos en qué consiste cada uno de ellos.
CONDUCTORES
AISLANTES
Materiales generalmente de cobre y/o aleación de cobre que se caracterizan por la gran facilidad con que permiten el paso de un flujo de electrones.
Materiales no metálicos que se caracterizan por no permitir el paso de un flujo de electrones a través de él o por la extrema dificultad que opone al desplazamiento de estas cargas.
Son ejemplos de materiales aislantes: la goma, el plástico, la madera, el vidrio, etc.
Los elementos de la instalación pueden estar formados por conductores, aislantes y accesorios. Entre ellos tenemos : los interruptores, los enchufes o tomas de corriente, los portalámparas, las cajas de derivación, etc. Veamos en qué consiste cada uno de estos elementos y las funciones que cumplen:
LOS INTERRUPTORES Realizan la apertura o cierre de un circuito a través de una acción mecánica sobre un botón, tecla o palanca que ejecuta el usuario del sistema. Existe una gran variedad de formas y modelos de interruptores, pero la clasificación más general de ellos es en embutidos y sobrepuestos:
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
36
Los interruptores embutidos actúan en el interior de una cavidad llamada caja de derivación, sobresaliendo de la superficie sólo una placa y su correspondiente tecla.
Los interruptores sobrepuestos se caracterizan porque quedan sobre la superficie de fijación.
LOS ENCHUFES O TOMAS DE CORRIENTE Son dispositivos que sirven para alimentar artefactos eléctricos portátiles o móviles como es el caso de los electrodomésticos en general. Están formados por un cuerpo aislante en cuyo interior se alojan 3 cilindros conductores perforados en su interior, elaborados con latón o bronce que alojan la clavija toma de corriente del artefacto. De igual modo que los interruptores, los enchufes o tomas de corriente se presentan en distintos tamaños y materiales y se clasifican en embutidos y sobrepuestos. Las siguientes figuras ilustran los enchufes embutidos y los sobrepuestos:
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
37
LOS PORTALAMPARAS Constituyen los soportes de las lámparas y los hay de muy diferentes tipos. Algunos de ellos son: Rosca Normal adoptados universalmente Rosca Goliath
Rosca Mignón de tamaño más pequeño Rosca Bayoneta
La fotografía siguiente corresponde a un portalámparas común.
LAS CAJAS DE DERIVACION Son elementos cuya función es concentrar las uniones y derivaciones de la instalación. Sólo en las cajas de derivación están permitidas las uniones y derivaciones de los conductores que forman parte de los circuitos. Se utilizan en las instalaciones eléctricas embutidas y sobrepuestas. Para las instalaciones embutidas se utilizan cajas de derivación con lados rectangulares y para las sobrepuestas, con forma circular o rectangular. El dibujo siguiente muestra el esquema base de una caja de derivación:
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
38
Mención especial merece en el desarrollo de esta Unidad Modular, lo referente a conductores eléctricos, no sólo por el rol que cumplen en el sistema total de la instalación eléctrica sino también por el material con que se elaboran principalmente: el cobre, metal que se caracteriza, como ya sabemos, por su gran conductividad eléctrica. En la página siguiente iniciaremos la explicación que corresponde a conductores eléctricos.
CONDUCTORES ELECTRICOS Desde que la energía eléctrica comienza su recorrido en las centrales generadoras, hasta llegar a los centros de consumo, es conducida a través de líneas de transmisión y redes de distribución. Estas últimas formadas principalmente por conductores de cobre. El mercado de los conductores eléctricos ofrece una variada gama de ellos, los que presentan características específicas, tanto en los materiales utilizados en su elaboración, como en los tipos de aislamientos y protecciones.
MATERIALES PARA CONDUCTORES ELECTRICOS Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio. De ellos, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación de conductores por sus notables ventajas mecánicas y eléctricas y su gran conductividad eléctrica. El tipo de cobre que se utiliza en la elaboración de conductores, es el electrolítico de alta pureza, 99,99%. Dependiendo del uso, este tipo de cobre se presenta en tres temples o grados de dureza: duro, semiduro y blando o recocido. Algunas características del material en esta condición son:
Cobre duro • Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro. 2) / m] a 20°C de temperatura. • Resistividad : ρ = 0,017241 [(Ohm-mm
• Carga de rotura oscila entre 37 a 45 Kg/ mm2. Por esta razón se emplea en líneas aéreas donde se exige una buena resistencia mecánica.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
39
COBRE RECOCIDO O DE TEMPLE BLANDO • Conductividad del 100% (respecto del cobre puro, tomado éste como patrón). 2) / m] a 20°C de • Resistividad: ρ = 0,017241 = 1/58 [(Ohm-mm temperatura.
• Carga de rotura media de 25 Kg/mm2 Se emplea únicamente para la fabricación de conductores aislados. Si bien el cobre resulta ser el metal de mayor uso y de mejores características conductivas, el aluminio también es utilizado en la elaboración de conductores ya sea por su condición de temple duro y recocido o de temple blando como en aleaciones. En la actualidad, el uso del aluminio en nuestro país está restringido sólo a líneas aéreas de transmisión y en distribución en media y baja tensión , en algunas regiones. No es posible su empleo en instalaciones eléctricas interiores por la incompatibilidad del aluminio con las aleaciones de cobre que forma parte de los elementos, contactos y dispositivos utilizados en las instalaciones. En el siguiente cuadro, se muestran las características del aluminio, conformándose las evidentes ventajas del cobre.
ALUMINIO CARACTERISTICAS
CONDUCTIVIDAD CON RESPECTO AL PATRON INTERNACIONAL CARGA DE ROTURA EMPLEO
DURO
RECOCIDO
60%
60%
15 Kg/mm2
12 Kg/mm2
LINEAS DESNUDAS PARA USO AEREO
CONDUCTORES AISLADOS
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
40
CLASIFICACION DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS UTlLIZADOS EN INSTALACIONES ELECTRICAS Los conductores eléctricos se componen generalmente de tres partes muy diferenciadas: • El alma o elemento metálico conductor. • El aislamiento. • Las cubiertas protectoras. En el esquema siguiente se pueden observar estas partes:
CUBIERTA PROTECTORA
ALMA CONDUCTORA AISLAMIENTO
CORTE TRANSVERSAL
De la forma como estén constituidas estas partes depende la clasificación de los conductores eléctricos. Así tenemos: Por su constitución: • Alambres • Cables Por el número de conductores: • Monoconductores (un solo elemento) • Multiconductores (varios elementos) Por su aislamiento: • Desnudos • Aislados
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
41
Las ilustraciones siguientes permiten apreciar aspectos de esta clasificaci贸n :
ALAMBRE AISLADO (MONOCONDUCTOR)
CABLE AISLADO (MONOCONDUCTOR)
MULTICONDUCTOR AISLADO
Los cables de gran flexibilidad (gran n煤mero de hebras) se denominan cordones.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
42
TIPOS DE CONDUCTORES UTILIZADOS EN INSTALACIONES ELECTRICAS Los conductores más utilizados en instalaciones eléctricas de baja tensión incluyen aislaciones termoplásticas (P.V.C), polietileno y otras como goma, neoprén, nylon, etc. Las siguientes tablas presentan importante información al respecto.
TIPO DE AISLACION
DESIGNACION
Monoconductor de aislación.
NYA PVC
TENSION DE SERVICIO MAX. ADMISIBLE RESPECTO A TIERRA
CONDICIONES DE EMPLEO
660 V. CA. 750 V.CC
Instalaciones interiores de ambiente seco colocado dentro de tubos embutidos, sobrepuestos o directamente sobre aisladores.
70
660 V. CA. 750 V.CC
En recintos húmedos y la intemperie sobre aisladores, en íneas l de entrada a viviendas situado fuera del alcance de la mano, tendido fijo protegido en alimentación a m quinas, herramientas y similares o adosado a las mismas.
NYY(1)
70
660 V. CA. 750 V.CC
TPS, NYIF NYIFY
70
660 V. CA. 750 V.CC
Monoconductor especial aislación PVC.
Cables Multiconductor, aislación y chaqueta de PVC.
TEMPERATURA DE SERVICIO ¡C
70
NSYA
Cables planos Multiconductores, aislación y chaqueta de PVC.
TIPO DE AISLACION
Monoconductor con aislación de PVC. Monoconductor con aislación de PVC resistente a la humedad. Monoconductor con aislación de PVC y cubierta de un nylon resistente a la humedad, mayor temperatura a los lubricantes y combustibles.
DESIGNACION
T
THW (1)
THHN
T. MAXiMA DE SERVICIO °C
60
60
75
Para instalar en recintos secos y húmedos a la intemperie sin exponerse a rayos solares, en canaletas directamente enterrado en el suelo y bajo el agua, con protección adicional cuando está expuesta a posibles daños mecánicos. Para instalaciones bajo techo, embutidos, a la vista u ocultos. En ningún caso podrán apoyarse sobre material combustible.
TENSION MAX. DE SERVICIO
CONDICIONES DE EMPLEO
600
En interiores con ambiente seco, colocaciones dentro de tubos embutidos o sobrepuestos o directamente sobre aisladores.
600
Id. "T" pero para ambientes seco o húmedo y mayor temperatura.
600
Id. "THW" y para utilizarse en ambientes en aislación de PVC y que se manipulen lubricantes y combustibles.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
43
DESIGNACION
T¡ MAXIMA DE SERVICIO ¡C
TENSION MAX. DE SERVICIO
T
60
600
THW (1)
60
600
THHN
75
600
Monoconductor con aislación y chaqueta de PVC
TN-50
60
600
Multiconductor con aislación de PVC resistente a mayor temperatura
TN-75
75
600
Id."TH -60" con mayor temperatura.
Cable multiconductor con aislación de PVC resistente a mayor temperatura
TN-90
90
600
Id."TH -75" con mayor temperatura.
Monoconductor con aislación de polietileno y chaqueta de PVC
TTUo (1) PT
75
600
Conductor multiplicar con aislación y chaqueta de PVC
TTMU (1)
75
600
Multiconductor aislación de polietileno y chaqueta de PVC
PMT
75
600
R
60
600
RW
60
600
RHW
75
600
RH
75
600
RHH
90
600
USE - RHW
75
600
USE - RHH
90
600
Id."USE-RHW"con mayor temperatura.
EMN
90
600
Id."USE-RHW".
TIPO DE APLICACION
Monoconductor con aislación de PVC
Monoconductor con aislación de PVC resistente a la humedad. Monoconductor con aislación de PVC cubierta de un nylon resistente a la humedad, mayor temperatura, a los lubricantes y combustibles.
Monoconductor con aislación de goma Monoconductor con aislación de goma resistente a la humedad Monoconductor con aislación de goma resistente a la humedad y mayor temperatura. Monoconductor con aislación de goma para mayor temperatura. Monoconductor con aislación de goma para mayor T…. Monoconductor o multipolar con aislación de goma y chaqueta de neopreno
Monoconductor o multipolar con aislación de goma para mayor temperatura y chaqueta de neopreno. Multiconductor con aislación de goma y chequeta de neopreno.
CONDICIONES DE EMPLEO En interiores con ambiente seco colocaciones dentro de tubos embutidos o sobrepuestos o directamente sobre aisladores. Id."T" pero para ambientes seco o húmedo y mayor temperatura.
Id."THW" para utilizarse en ambientes en aislación de PVC que se manipulen lubricantes y combustibles.
Para instalar en recintos secos y húmedos a la intemperie, sin exponerse a rayos solares en canaletas directamente enterrados en el suelo y bajo el agua con protección adicional cuando está expuestos a posibles daños mecánicos.
Ambiente húmedo y corrosivo sobrepuesto en canaletas, instalaciones subterráneas en ductos; directamente bajo tierra, en agua y a la intemperie sin exponerse a los rayos solare. Id."TTU". Id."TTU o PT" m últiple.
Id."T".
Id."TW".
Id."THW".
Id."R"con mayor temperatura.
Id."THW"con mayor temperatura goma para mayor T…. Id."RHW" ambientes corrosivos, instalaciones subterráneas en ducto y/o tuberías directamente bajo tierras con proteccion adicional cuando está espuesta a posibles daños mecánicos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
44
DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS La seguridad que presenta la operación, en toda instalación eléctrica, se sustenta en la capacidad de sus componentes. Un caso especial lo constituyen los conductores, los que deben responder a las exigencias de carga requeridas por dicha instalación. El dimensionar adecuadamente una Línea eléctrica que transporte una intensidad de corriente, debe conciliar tres requerimientos básicos: • Reducir al mínimo las pérdidas de energía. • En condiciones nominales, no exceder las temperaturas normales de servicio. • En condiciones de fallas, soportar las exigencias que plantea el sistema. La primera exigencia se soluciona determinando la caída de voltaje que se produce en los conductores al circular por ellos la corriente de carga nominal.
CALCULO DE LA CAIDA DE VOLTAJE Al circular una corriente por los conductores de la línea, se produce en ellos una caída de voltaje que puede ser determinada a través de la expresión de la Ley de Ohm. Dicha expresión es la siguiente:
Vp = I x Rc Vp= I x Rc Vp = voltaje de pérdida (V) I = Corriente de carga (A) Rc = Resistencia de los conductores (Ohm) Como la resistencia de un conductor está expresada por la siguiente ecuación:
Rc =
p x l A
ρ = resistividad específica del material del conductor ρ Cu = 0,017241 Ωmm2 /m
l = longitud del conductor (m) A = área del conductor (mm2 )
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
45
Cuando se trata de una instalación monofásica, a la expresión de RC se agrega el dígito 2, para considerar el tramo de longitud en el conductor fase y neutro. Reemplazando Rc en la expresión, tenemos:
2xρxl
Vp=
A
xl
La norma S.E.C. establece que en todo alimentador, la máxima caída de voltaje no podrá exceder de un 3% la tensión nominal del alimentador siempre y cuando el voltaje, en el punto más desfavorable de la instalación, no exceda el 5% de la tensión nominal. Si asumimos que la tensión en una instalación eléctrica interior es de 220V nominales, el 3% de este valor será 6,6 V, por esta razón, la sección del conductor no podrá ser inferior a la siguiente expresión:
A=
numéricamente, A =
2xρxl xl Vp
2 x 0,017241 x l 6,6
2
x I (mm )
La segunda exigencia en el dimensionamiento de los conductores se relaciona con la capacidad de transporte de los conductores. CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LOS CONDUCTORES AI circular a través de un conductor, la corriente eléctrica origina en él un efecto de calentamiento, el que obedece a la expresión de Joule: I2 x Rc. Esta elevación de temperatura genera en los aislantes una disminución de su resistencia eléctrica. Al mismo tiempo, se ven afectadas sus propiedades mecánicas, las que pasado cierto límite de temperatura, pierden completamente todas sus propiedades características. De igual forma, ante el aumento de temperatura, los conductores ven afectadas sus propiedades de resistencia mecánica. Las tablas que se incluyen a continuación establecen los límites de corriente admisible para conductores de sección milimétrica y AWG, en condiciones de: • Temperatura ambiente : 30° C • Número máximo de conductores en ducto : 3
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
46
INTENSIDAD DE CORRIENTE ADMISIBLE PARA CONDUCTORES AISLADOS (SECCIONES AWG) TEMPERATURA DE SERVICIO:60° y 75° C TEMPERATURA AMBIENTE: 30 °C SECCION NOMINAL mm2
GRUPO A TEMPERATURA DE SERVICIO
GRUPO B TEMPERATURA DE SERVICIO
60° C
75° C
60° C
75° C
0.32 0.51 0.82 1.31 2.08
3 5 7.5 10 15
3 5 7.5 10 15
20
20
3.31 5.26 8.36 13.30 21.15
20 30 40 55 70
20 30 45 65 85
25 40 55 80 105
20 40 65 95 125
26.67 33.62 42.41 53.49 67.42
80 95 110 125 145
100 115 130 150 175
120 140 165 195 225
145 170 195 230 265
85.01 107.2 127 152 177.3
165 195 215 240 260
200 230 255 285 310
260 300 340 375 420
310 360 405 445 505
202.7 253.4 304 354.7 380
280 320 355 385 400
355 380 420 460 475
455 515 575 630 655
545 620 690 755 785
405.4 456 506.7 633.4 760.1 886.7 1.013
410 435 455 495 520 545 560
490 520 545 590 625 650 665
680 730 780 890 980 1.070 1.155
815 870 935 1.065 1.175 1.280 1.385
GRUPO A
HASTA 3 CONDUCTORES EN TUBO O EN CABLE O DIRECTAMENTE ENTERRADOS
GRUPO B
CONDUCTOR SIMPLE AL AIRE LIBRE.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
47
INTENSIDAD DE CORRIENTE ADMISIBLE PARA CONDUCTORES AISLADOS (SECCIONES MILIMETRICAS) TEMPERATURA DE SERVICIO: 70°C TEMPERATURA AMBIENTE: 30°C
SECCION NOMINAL mm2
GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
11 15 20 20
12 15 19 25
15 19 23 32
4 6 10 16
25 33 45 61
34 44 61 82
42 54 73 98
25 35 50 70
83 103 132 164
108 134 167 207
129 158 197 244
95 120 150
197 235 --
249 291 327
291 343 382
185 240 300 400 500
------
374 442 510 ---
436 516 595 708 809
0.75 1 1.5 2.5
Grupo 1
Conductores monopolares tendidos en tubos (por ejemplo NYA)
Grupo 2
Conductores multipolares como los que tienen cubierta com n y van en tubos met licos, conductores con cubierta de plomo: cables planos, cables m viles o port tiles, etc.
Grupo 3
Conductores monopolares tendidos libremente en el aire, cont ndose como m nimo con un espacio entre conductores igual al di metro del conductor, as como en el caso de alambrados mediante conductores monopolares en instalaciones de maniobra de distribuci n y de distribuci n de barras con salidas variables.
Como conclusión en el dimensionamiento de los conductores, se deberá elegir la sección que resulte ser mayor al aplicarle los dos criterios de cálculo.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
48
Como señalamos en la Unidad Modular N°2, en toda instalación existe la posibilidad de que se presente una falla. Cuando esto ocurre, los más afectados por la anormalidad son los conductores eléctricos debido a lo cual es de la mayor importancia el adecuado dimensionamiento de los protectores con el fin de que éstos despejen el corto circuito o sobrecarga en el menor tiempo posible. El siguiente gráfico establece los límites de corrientes de corto circuito permisibles en función del tiempo de ocurrencia de la falla, en conductores aislados con P.V.C: CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO PERMISIBLES EN CONDUCTORES AISLADOS CON P.V.C. 500
KA
4
CORRIENTE CORTOCIRCUITO
2 100 8 6 4
2 10 8 6 4 2 1 8 6 4 2 0,1 8 6 4 0,01 0,02
3 4 5 6 7 8 9 0,1
0,2
0,3 0,4
0,6 0,8 1
2
3 4
5
DUCTOS NORMALIZADOS EN INSTALACIONES ELECTRICAS Usualmente, todas las instalaciones eléctricas interiores utilizan ductos para canalizar sus circuitos. Ellos tienen como función proteger mecánicamente y del ambiente a los conductores eléctricos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
49
Los ductos se clasifican en metálicos y no metálicos. DUCTOS METALICOS
Se caracterizan por lo siguiente: •
Son usualmente ferrosos con aleaciones para atmósferas no corrosivas y corrosivas (galvanizado).
•
Según el espesor de la pared distinguimos 2 tipos: cañerías y tubos. Las cañerías son ductos de espesor grueso para zonas con riesgo de explosión y los tubos son ductos de pared delgada para instalaciones sin riesgo de daños mecánicos.
DUCTOS NO METALICOS
Están elaborados de material plástico (P.V.C.), no combustible y autoextinguiente. Existen de tipo rígido con pared gruesa, rígidos de pared delgada y flexibles de tipo corrugado. Algunas características de estos tipos de ductos no metálicos son las siguientes: Ductos Rígidos de P.V.C. de Pared Gruesa • Tienen gran resistencia mecánica. • Son de tipo conduit para instalaciones sobrepuestas o embutidas sobre pared o subterránea. Ductos de P.V.C. de Pared Delgada • Corresponden al llamado tubo negro que usualmente se expende en tiras de 3 m, de longitud. • Se utilizan de preferencia en instalaciones embutidas o sobrepuestas, sin exposición a daños mecánicos. Ductos Flexibles de P.V.C. Tipo Corrugado • Comercialmente se le encuentra en rollos y su adquisición se efectúa por metros. • Con respecto a su aplicación se realiza de la siguiente forma: - A la vista en sitios secos. - Ocultos al interior de tabiquerías o entretechos. - Embutidos, si sus características de resistencia mecánica lo permiten.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
50
DIMENSIONAMIENTO DE LOS DUCTOS En los distintos tipos de tuberías, la cantidad máxima de conductores se fija de acuerdo al criterio siguiente : número de conductores, incluida la aislación de cada uno de ellos, que puede ocupar un porcentaje de la sección transversal de la tubería. N° de conductores : Porcentaje ocupado :
1,
2,
3 ó más
50%,
31%,
35%
Para establecer con rapidez y seguridad la capacidad de los diferentes tipos de ductos, se utilizan las siguientes tablas normalizadas: CANTIDAD MAXIMA DE CONDUCTORES EN TUBOS DE ACERO BARNIZADO Y GALVANIZADO Y TUBO PLASTICO FLEXIBLE
Tipo de Ducto DIAMETRO NOMINAL
t.p.f.
t.a.
1/2"
5/8"
t.a.g.
t.p.f.
3/4"
1"
t.a. 1 1/4"
t.a.g. 1 1/2"
2"
SECCION NOMINAL
NSYA
TW-THW
mm2
mm2
1,5 2,08 2,5 3,31 4 5,26 6 8,37 10 13,30 16 21,2 25 26.7 35 33,6 42,4 50 53,5 67,4 70 85,0 95 107,2 120
Cantidad de conductores 3 2 3 1 2 1 1 1 1 ---
5 3 4 3 3 2 3 1 1 1 1 1 1 ---
8 5 7 4 5 3 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 ---
15 10 12 8 9 6 8 3 5 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 ---
25 16 20 13 15 10 12 6 8 5 5 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 --
-24 30 19 23 15 19 9 12 8 7 5 5 4 4 4 3 3 2 2 2 1 1 1 1
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
---36 43 28 35 17 22 15 14 9 9 8 7 7 5 5 4 3 4 3 3 2 2
51
CANTIDAD MAXIMA DE CONDUCTORES EN TUBOS DE ACERO BARNIZADO Y GALVANIZADO Y TUBO PLASTICO FLEXIBLE
Tipo de Ducto DIAMETRO NOMINAL
t.p.f.
t.a.
t.a.g.
1/2"
5/8"
t.p.f.
3/4"
t.a.
1"
t.a.g.
11/4"
11/2"
2"
SECCION NOMINAL
mm2
Cantidad de conductores
NYA.T
1 1,5 2,5 4 6 10
7 6 3 3 1 1
10 7 6 4 3 1
16 13 7 6 5 3
30 25 16 10 7 5
--26 18 14 9
---26 22 13
----40 25
CANTIDAD MAXIMA DE CONDUCTORES EN TUBO DE PARED GRUESA GALVANIZADOS (CAÑERIAS Y TUBERIAS NO METALICAS) TIPO DE DUCTO DIAMETRO NOMINAL
t.p.p
t.p.r.
c.g.
1/2"
16 mm
1/2"
t.p.p.
t.p.r.
3/4"
c.g.
1"
1 1/4"
1 1/2"
2"
2 1/2"
3"
t.p.p.
t.p.r.
c.g.
3 1/2"
4" mm
110
26 18 16 13 11 10 7 7 6 5 4 3 3 2
27 19 17 14 12 10 8 7 6 5 5 4 3 2
SECCION NOMINAL
TTU
CANTIDAD DE CONDUCTORES mm2 8,37 13,30 21,2 26,7 33,6 42,4 53,5 67,4 85,0 107,2 126,7 152,0 177,3 202,7 253,0 304,0 380,0 506,7
--
-----
1 1 1 -----
1 1 1 1 1 1 1 -----
3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ----
7 4 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ---
13 7 6 4 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 ----
20 13 8 8 7 4 4 3 3 2 1 2 1 1 1 1 1 1
20 14 12 8 7 6 5 4 3 3 4 2 2 1 1 1 1
22 18 16 11 10 8 7 6 4 5 3 3 3 2 1 1
25 22 15 13 11 9 8 6 6 5 4 3 3 2 2
25 17 15 13 11 9 7 6 6 5 4 3 3 2
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
52
4"
CANTIDAD MAXIMA DE CONDUCTORES EN TUBO DE PARED GRUESA (CAÑERIAS) Y TUBERIAS NO METALICAS TIPO DE DUCTO
SECCION NOMINAL
NSYA
TW-THW
mm2
mm2
t.p.p
t.p.r.
c.g.
1/2"
16 mm
1/2"
1,5 2,06 2,5 3,31 4 5,26 6 8,37 10 13,30 16
4 3 3 2 2 1 2 1 1 1 1
5 3 4 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1
21,2 25 26,7 33.6 35
t.p.p. 3/4"
7 5 6 4 4 3 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1
12 8 10 7 8 5 6 3 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
42,4 50 53,5 67,4 70 85,0 95 107,2 120
1" 20 13 16 11 13 8 10 5 6 4 4 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
126,7 150 152,0 177,3 185 202,7
t.p.r. 1 1/4" 36 23 28 19 22 14 18 9 11 7 7 5 5 4 4 4 2 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1/2"
32 39 26 30 20 24 12 16 10 10 7 6 6 5 5 4 4 3 2 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
240 253,0 300 304,0 380,0
c.g.
400 506,7
2"
42 50 33 40 20 26 16 16 11 9 10 8 8 6 6 5 4 4 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
31 37 23 23 16 15 14 12 13 9 9 7 6 6 5 5 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1
t.p.p.
t.p.r.
c.g.
2 1/2"
3"
3 1/2"
4" mm
110
38 36 25 24 20 14 19 13 13 11 9 10 8 8 7 6 5 4 4 4 4 4 3 3 2 2 2 2 1
32 29 24 26 18 18 15 12 14 11 10 9 8 7 6 6 5 5 5 4 4 3 3 3 3 2
29 30 21 21 18 15 16 13 12 11 10 8 7 7 6 6 6 5 5 4 4 3 3 2
30 31 22 22 19 15 17 13 13 11 10 9 8 8 7 7 6 5 5 4 4 3 3 3
31 33 23 23 20 16 15 14 13 12 11 9 8 8 7 7 6 5 5 4 4 3 3 3
CANTIDAD MAXIMA DE CONDUCTORES EN TUBO DE PARED GRUESA GALVANIZADOS (CAÑERIAS Y TUBERIAS NO METALICAS)
Tipo de Ducto DIAMETRO NOMINAL
t.p.p.
t.p.r.
1/2"
16 mm
SECCION NOMINAL
NYA - T mm2
1 1,5 2,5 4 6 10
c.g. 1/2"
t.p.p.
-
3/4"
t.p.r. 1"
1 1/4"
c.g. 1 1/2"
2"
Cantidad de Conductores 7 6 4 3 2 1
7 7 5 3 3 1
15 12 7 5 4 2
26 21 14 7 7 4
43 34 22 15 12 7
--39 26 21 13
---36 28 18
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
----47 29
53
4"
ACTIVIDADES 1
Visite una fábrica de conductores llevando como apoyo para sus consultas una guía que le permita obtener el máximo beneficio de la visita técnica.
2
Prepare un muestrario de conductores y uno de ductos.
3
Apoyándose en la guía dada, prepare un informe de la visita.
4
Autoevalúese utilizando la Pauta de Observación que se incluye en la página siguiente.
RESUMEN En esta Unidad Modular se describen los materiales y elementos que configuran una instalación eléctrica. Con respecto a los materiales, se explican los conductores y aislantes, y en lo correspondiente a elementos, se señalan las características y funciones de los interruptores, enchufes o tomas de corriente, portalámparas y cajas de derivación.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
54
PAUTA DE OBSERVACION Observando atentamente su trabajo, responda lo más objetivamente posible, las siguientes preguntas. Esto le ayudará a evaluar la calidad de él. • DEL PROCESO
SI
1
¿Recolectó los materiales indicados en la guía o señalados por su profesor?
2
¿Reunió una cantidad adecuada de elementos, al menos 8?
3
¿Preparó las muestras de modo que se aprecien con facilidad sus características más notables?
4
¿Recurrió a fuentes de consultas para enriquecer su trabajo?
5
¿Demostró interés por averiguar la mayor cantidad de datos posibles y por lograr un trabajo completo?
NO
• DEL PRODUCTO 6
¿Los elementos de una misma familia aparecen agrupados?
7
¿Cada elemento aparece identificado y/o con una breve descripción?
8
¿Los elementos aparecen bien fijados a la base?
9
¿La presentación, en general es organizada, limpia y prolija?
• CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “Si”, lo felicitamos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
55
UNIDAD MODULAR N째 4
TECNOLOGIA DE LAS UNIONES ELECTRICAS EN CONDUCTORES DE COBRE
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
56
INTRODUCCION Al realizar una instalación eléctrica, son numerosos los aspectos que deben considerarse con el propósito de obtener un funcionamiento exitoso. Cuando el técnico ejecuta su trabajo, una de sus preocupaciones principales es lograr que todas las discontinuidades o interrupciones del alambrado de los circuitos (uniones, empalmes, derivaciones, etc.) queden prácticamente imperceptibles. De esto precisamente trata esta Cuarta Unidad Modular. Se parte conociendo las diversas herramientas que utiliza el instalador electricista para preparar los materiales y efectuar las conexiones, para posteriormente explicar el proceso de unión entre conductores eléctricos en sus distintas modalidades. Realizar un trabajo acucioso en las uniones eléctricas es de máxima importancia, no sólo para la operación óptima del sistema sino que principalmente, por la seguridad de las personas y de sus bienes materiales. Trabajar esta Unidad, al igual que las anteriores, no constituye dificultad. Junto al desarrollo de los conceptos se incluye gran cantidad de ilustraciones para facilitar la comprensión.
OBJETIVOS Al término de esta Unidad se espera que Ud. esté en condiciones de:
1
Identificar las herramientas que utiliza el instalador electricista para ejecutar su trabajo, las características de cada una de ellas y sus usos.
2
Describir las herramientas que se utilizan para quitar la aislación de los conductores y las que se emplean para realizar las conexiones eléctricas.
3
Identificar las características de las uniones entre conductores eléctricos.
4
Ejecutar uniones entre conductores eléctricos.
5
Ejecutar uniones soldadas.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
57
HERRAMIENTAS PARA EL TRABAJO ELECTRICO Previo al desarrollo del tema de las uniones eléctricas es importante conocer las herramientas indispensables que debe manejar el técnico para que pueda ejecutar eficientemente dichas uniones. Las herramientas de uso general para el trabajo eléctrico son las siguientes: • Alicates • Destornilladores • Navajas, cuchillos • Martillos • Sierra manual • Limas
LOS ALICATES Son herramientas de metal, compuestos de dos brazos trabados por un perno o eje, que permite abrirlos y volverlos a cerrar. En una de las extremidades de los brazos, se encuentran sus mandíbulas y de acuerdo a sus formas, pueden servir para apretar, cortar o doblar. Los brazos deben estar recubiertos por un material aislante. Los tipos más comunes son: • El alicate universal • El alicate de corte • El alicate de puntas En la siguiente página se ilustran estos tipos de alicates.
ALICATE UNIVERSAL
ALICATES DE PUNTAS ALICATE DE CORTE
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
58
ALICATE UNIVERSAL Esta herramienta es muy utilizada para elaborar la unión de los conductores al realizar una conexión eléctrica. Los alicates construidos para quitar aislacion permiten realizar esta operación con mayor rapidez y sin dañar el metal. Las ilustraciones siguientes nos muestran dos de ellos.
A
B
TORNILLO DE REGULACION
El más sencillo es el alicate cuya abertura es regulable por un tornillo que permite cortar la aislación y quitarla. Otro tipo es el alicate de quita-aislación que al accionarlo corta y quita la aislación en forma simultánea.
LOS DESTORNILLADORES Los destornilladores son herramientas para girar tornillos, con un cuerpo cilíndrico de acero y con una de sus extremidades forjada en forma de cuña. La otra punta va encajada sólidamente en un mango de material aislante. En la figura siguiente puede apreciarse la forma de un destornillador de paleta.
LA NAVAJA Es la herramienta más usada para quitar la aislación de los conductores. Está compuesta de una hoja de acero de aproximadamente 70 mm de largo, con filo en un lado y que se pliega dentro de un mango. El mango puede ser de madera o plástico duro y tiene una hendidura en la cual penetra la hoja cuando no se utiliza.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
59
Es importante tener la precaución, al cerrar la navaja, de evitar poner los dedos entre el mango y la hoja. Una herramienta, similar a la navaja, que también se utiliza para quitar la aislación de los conductores, es el cuchillo. Este se caracteriza porque la hoja se encuentra unida al mango y no se pliega. Su tamaño y forma son iguales a los de la navaja. MANGO
HOJA
LOS MARTILLOS Los martillos son herramientas de impacto, constituidas de un bloque de acero sujeto a un mango de madera. Los tipos de martillos más comunes son: el martillo de bola, el martillo de peña y el martillo de plástico duro. TIPOS DE MARTILLO MARTILLO DE BOLA
MARTILLO DE PLASTICO DURO
LA SIERRA MANUAL La sierra manual es una herramienta usada para cortar materiales duros. Está compuesta de un arco de acero con mango y de una hoja que se monta en el arco.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
60
La ilustración siguiente muestra una sierra manual.
La hoja es de acero rápido o al carbono, dentada y templada y tiene agujeros en sus extremos para ser fijada en el arco.
LAS LIMAS Son herramientas de acero al carbono, dentadas y templadas que se usan en la operación de limado manual. Existen limas de diversas formas, tamaños y características que se adaptan a distintas aplicaciones.
Un ejemplo de lima es el siguiente:
LOS SOLDADORES Y CAUTINES De tanta importancia como las herramientas que se utilizan para quitar la aislación de los conductores son los soldadores que el electricista usa para realizar conexiones eléctricas. Los soldadores son herramientas que se utilizan para efectuar soldaduras con estaño. Según su método de calentamiento, se clasifican en soldadores de caldeo y soldadores eléctricos. SOLDADOR DE CALDEO El soldador de caldeo está compuesto de una pieza de cobre generalmente en forma de cuña, fijada a una varilla de hierro, con un mango aislante del calor . En las figuras siguientes podemos observar las partes de un soldador y también el proceso de calentamiento por medio de una lámpara de soldar o de un soplete de combustible gaseoso. SOLDADOR
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
61
SOLDADOR CAUTIN ELECTRICO El cautín eléctrico, como podemos apreciar en la ilustración siguiente, está compuesto de una punta de cobre, fijada a un tubo metálico, dentro del cual está ubicada la resistencia calentadora. El tubo tiene acoplado un mango aislante desde el cual sale un cordón flexible para la conexión eléctrica. MANGO
RESISTENCIA
PUNTA DE COBRE
CONDUCTOR ELECTRICO
Con respecto a la punta de cobre del soldador podemos encontrarla en las formas siguientes:
Con respecto a las condiciones de uso para soldar correctamente, la punta del soldador debe estar estañada. El estañado de la punta debe realizarse de la forma siguiente: • Eliminando la escoria hasta dejar el cobre limpio. • Calentando el soldador. • Aplicando en la punta, pasta desoxidante o resina.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
62
UNION ENTRE CONDUCTORES ELECTRICOS Cuando dos conductores se ponen en contacto eléctrico a menudo se supone, erróneamente, que el área de conducción eléctrica corresponde al área geométrica del contacto. Esta suposición, en la mayoría de los casos, es bastante lejana de la realidad. Si observamos una superficie metálica bajo un microscopio, podemos verificar que ésta se encuentra formada por una serie de protuberancias y depresiones de distinto tamaño. AI colocar dos superficies en contacto, veremos que las uniones posibles, sólo corresponden a las zonas de protuberancias más sobresalientes y no a toda la extensión física de la unión. En forma gráfica, estos contactos se pueden visualizar de la forma siguiente: La presencia de estos contactos puntuales genera altas densidades de corriente en dichos puntos y calentamientos considerables.
11 12 13 14 15 16 17
Si la cantidad de estos contactos es insuficiente, por efecto de una mala unión eléctrica, se originan puntos de máximo riesgo que se constituyen en fuentes potenciales de incendios. La unión eléctrica se lleva a cabo ante la necesidad de conexionar una línea a los equipos, prolongar esta línea más allá de un límite dado, derivar un arranque, empalmar un remate en una caja de derivación, etc. Todo lo señalado convierte en exigencia la aplicación de técnicas apropiadas para ejecutar uniones y lograr así el mejor contacto. Considerando su forma de ejecución, las uniones eléctricas se clasifican en dos grandes grupos: • Uniones por presión. • Uniones soldadas. UNIONES POR PRESION En algunos casos, esta técnica puede ser complementada por la soldadura de los componentes involucrados, pero su característica fundamental está en que los elementos a unir entran en contacto eléctrico por la acción mecánica del procedimiento.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
63
A continuación se presentan las figuras que muestran la técnica para ejecutar la unión por empalme entre dos o tres “alambres”. EJECUCION DE LA UNION “EMPALME” ENTRE DOS O TRES ALAMBRES Esta técnica consiste en presentar el alma de los conductores sin aislación, cruzados (fig. a). Luego, con un alicate universal se le coge por el extremo y se tuerce hasta lograr que la unión quede según las fig. b.
a)
a)
b)
b)
La unión debe quedar mecánicamente rígida, sin movimiento de sus conductores, pero no se debe exceder el límite elástico de los conductores en el proceso de torsión. Se utiliza en empalmes en el interior de cajas de derivación.
EJECUCION DE LA UNION “EXTENSION” ENTRE DOS LINEAS Para extender un alimentador o línea, se procede a realizar las tareas que se detallan e ilustran en la siguiente página. • Se cruzan los conductores como se indica en las fig. a. • Con ayuda de un alicate universal, se “tejen” sobre sí mismas las líneas en unión. • Esta herramienta permite realizar la unión con la presión necesaria. • El proceso se ejecuta hasta obtener una presentación como en las fig. b
UNION “EMPALME” ENTRE DOS ALAMBRES
a) a)
b)
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
64
Este tipo de unión se utiliza para extender líneas en remate del material y para unir líneas cortadas. EJECUCION DE LA UNION “DERIVACION DESDE UN ALIMENTADOR” En la secuencia siguiente se presenta una serie de uniones donde se realiza la derivación desde un alimentador.
2
1
Derivación de un conductor (alambre) de alta sección desde una línea en alambre
Derivación de un conductor de baja sección desde un alimentador de alta sección
3 Derivación de un conductor (alambre) de alta sección desde un cable. En las fig. 2 y 3, la unión se ejecuta con un conductor auxiliar de baja sección que actúa como cordón de la derivación.
b)
a) 4 Procedimiento de derivación de un cable multihebras desde una línea en cable.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
65
UNIONES SOLDADAS La soldadura se usa en las uniones eléctricas con el fin de aumentar las zonas de contacto entre los conductores eléctricos. Para ello, se utiliza un material de bajo punto de fusión que se adhiera a la superficie de estos elementos. Durante años la soldadura requerida en las uniones eléctricas ha sido la de estaño-plomo, debido a su bajo punto de fusión. Sin embargo, en la actualidad, el uso del plomo ha sido prohibido en la mayoría de los países desarrollados por su acción nociva para la salud humana. Particularmente en Chile, se están aplicando aleaciones alternativas al plomo como por ejemplo las aleaciones de estaño-antimonio y estaño plata. Estando el cobre limpio, libre de óxidos, en presencia de fundentes adecuados y a la temperatura de fusión de la soldadura, estos materiales reaccionan, adhiriéndose la soldadura a la superficie del cobre. Este proceso se aprovecha para rellenar los intersticios entre los conductores al realizar la unión. El dibujo siguiente muestra una unión soldada:
Unión soldada Es sabido que las soldaduras más comúnmente empleadas tienen malas características mecánicas. Por este motivo la unión debe ser mecánicamente resistente antes de agregar la soldadura. Este antecedente ha originado una diversidad de modalidades para ejecutar este tipo de uniones. Técnica de la Soldadura Llevar a cabo el proceso de estañado implica lo siguiente: 1 Utilizar la fuente de temperatura adecuada a la unión (cautín de la potencia requerida). 2 Limpiar cuidadosamente las superficies a estañar. 3 Aplicar un fundente para proteger de la oxidación. 4 Aplicar temperatura desde abajo con la punta del cautín.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
66
En la figura siguiente puede apreciarse esta operación: SOLDADURA DE ESTAÑO
ESTAÑADO DE UN HILO
5 Poner soldadura a la unión. 6 Desplazar el cautín a través de la unión retirando simultáneamente el estaño sobrante.
PRACTICA DE TALLER N° 1 Ejecute uniones entre conductores eléctricos y luego autoevalúese con la Pauta de Observación que le entregamos.
PRACTICA DE TALLER N° 2 Ejecute uniones soldadas con plomo-estaño y luego autoevalúese con la Pauta de Observación que le entregamos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
67
PAUTA DE OBSERVACION TALLER N° 1 Con su trabajo enfrente de Ud., responda lo más objetivamente posible las siguientes preguntas que le ayudarán a evaluar la calidad de su trabajo.
• DEL PROCESO
SI
1
¿Seleccionó correctamente las herramientas y materiales adecuados para ejecutar la unión de conductores?
2
¿Preparó correctamente los conductores a unión? (¿Distribuyó, cortó, extrajo aislación?)
3
¿Ejecutó la unión procurando dejarla mecánicamente rígida pero flexible y evitando que el material se quiebre?
NO
• DEL PRODUCTO 4
¿La calidad mecánica de la unión es satisfactoria?
5
¿La aislación permanece sin daños?
6
¿El alma de cobre del conductor permanece intacta?
7
¿El trabajo en general se ve ordenado, limpio, prolijo?
• CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “SI”, lo felicitamos y animamos a seguir aprendiendo. Para aquellas respuestas “No”, le solicitamos analizarlas nuevamente o consultar un especialista.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
68
PAUTA DE OBSERVACION TALLER N° 2 Con su trabajo enfrente de Ud., responda lo más objetivamente posible las siguientes preguntas que le ayudarán a evaluar la calidad de su trabajo.
• DEL PROCESO
SI
1
¿Seleccionó correctamente las herramientas y materiales adecuados para ejecutar las uniones soldadas?
2
¿Tomó las medidas de seguridad necesarias para realizar esta operación?
3
¿Preparó correctamente los materiales a ser soldados?
4
¿Aplicó el fundente?
5
¿Calentó los materiales a unir?
6
¿Aplicó la soldadura en forma correcta?
7
¿Eliminó el exceso de soldadura en forma correcta?
8
¿Verificó que la unión quedara en forna correcta?
NO
• DEL PRODUCTO 9
¿La soldadura se aprecia correcta, sin exceso ni déficit?
10
¿El estado de las aislaciones es satisfactorio?
11
¿El trabajo en general se ve ordenado, limpio, prolijo?
12
¿El trabajo fue realizado dentro del tiempo asignado?
• CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “SI”, lo felicitamos y animamos a seguir aprendiendo. Para aquellas respuestas “No”, le solicitamos analizarlas nuevamente o consultar un especialista.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
69
RESUMEN Esta Unidad sobre “Tecnología de las Uniones Eléctricas en Conductores de Cobre”, desarrolla dos interesantes temas: el de las herramientas que se utilizan para ejecutar el trabajo eléctrico y el de la unión entre conductores eléctricos. Con respecto a las herramientas, se describen características y usos de los alicates, destornilladores, navajas, martillos, sierra manual, limas y soldadores, destacándose el hecho que algunas tienen funciones específicas para quitar la aislación de los conductores y otras para realizar la conexión eléctrica. En cuanto a las uniones eléctricas, se destaca la importancia de efectuarlas aplicando las técnicas apropiadas, especialmente si existe la necesidad de conexionar una línea a los equipos, prolongar esta línea más allá de un límite dado, derivar un arranque o empalmar un remate en una caja de derivación. También se explica la clasificación de las uniones en dos grupos: por presión y soldadas. De las uniones por presión se describen los procedimientos para efectuar uniones “empalme entre dos o tres alambres”; “extensión entre dos líneas” y “derivación desde un alimentador” y de las uniones soldadas, se destaca la importancia de utilizarlas con el fin de aumentar las zonas de contacto entre conductores eléctricos y se detalla la técnica para llevar a cabo la soldadura.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
70
UNIDAD MODULAR N째 5
PREPARACION Y FIJACION DE DUCTOS
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
71
71 19/11/02, 18:20:26
INTRODUCCION Como todas las acciones que se realizan para Ilevar a cabo una instalación eléctrica, la preparación y fijación de ductos requiere del dominio de conocimientos especializados, de la comprensión de principios fundamentales, de la demostración de actitudes deseables en el plano laboral y de las destrezas para ejecutar el trabajo en forma eficiente.Esta Quinta Unidad Modular entrega información sobre preparación de ductos metálicos y no metálicos. Describe procesos de corte, eliminación de rebabas, fijación, preparación de hilo, curvado, etc. Al mismo tiempo constituye un apoyo valioso para realizar interesantes actividades de Taller con las que se pueden obtener valiosas experiencias. Siempre será importante tener presente que de la fase de preparación de los materiales y componentes de la instalación eléctrica, específicamente lo relacionado con el trabajo de tubería, dependerá en gran medida la seguridad del sistema.
OBJETIVOS Al término de esta Unidad se espera que Ud. esté en condiciones de:
1
Describir características técnicas y de aplicación de los ductos normalizados.
2
Describir el proceso de preparación de tuberías metálicas y no metálicas para ser utilizadas en las instalaciones eléctricas.
3
Describir las formas que adopta la fijación de ductos y las exigencias técnicas para desarrollar este proceso en ductos metálicos y no metálicos.
4
Identificar características de los soportes que se utilizan para la fijación de tubería metálica y no metálica.
5
Ejecutar canalizaciones en ductos metálicos y no metálicos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
72
72 19/11/02, 18:20:28
DUCTOS NORMALIZADOS Al implementar una instalación eléctrica, una de las tareas que debe Ilevarse a cabo con suma rigurosidad es la de preparar y fijar los ductos. Estos componentes del sistema eléctrico, los encontramos en el mercado de la especialidad presentando variadas características. La serie de ductos que se expenden son normalizados y se clasifican en dos grandes grupos: • Ductos metálicos. • Ductos no metálicos.
DUCTOS METALICOS A este grupo pertenecen las cañerías y los tubos. La cañería es ferrosa y de pared gruesa y el tubo es ferroso pero de pared delgada. Usos de los ductos metálicos: • En tubería no ferrosa (cobre - bronce). Se usa en condiciones especiales, como por ejemplo, recintos de alta corrosión • En tubería ferrosa de pared delgada. Se utiliza en los casos siguientes: - En locales secos y húmedos. - En fijaciones embutidas o a la vista (sobrepuesta) bajo techo. Debe evitarse su uso en recintos con riesgo de explosión o a la vista con riesgo de daño mecánico. • En tubería ferrosa de pared gruesa (galvanizada). Se utiliza en todo tipo de situaciones. - A la intemperie - Bajo techo - Embutida - Sobrepuesta
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
73
73 19/11/02, 18:20:31
DUCTOS NO METALICOS En la actualidad, la tubería no metálica ha reemplazado a la metálica porque presenta ventajas tales como: • Son insensibles a los ambientes corrosivos. • Son de larga duración, tanto a la intemperie como embutidas. • Tienen buena aislación. • Son impermeables. • Frente a la presencia del fuego son retardantes de la llama. Su uso debe evitarse en lugares con las características siguientes: • Aquellos que presentan riesgo de explosión donde este tipo de tubería queda expuesta a daños mecánicos severos. • Los que tienen una temperatura que supera aquella para la cual la tubería fue diseñada. PREPARACION DE LOS DUCTOS Antes de efectuar la canalización de una instalación eléctrica a través de una tubería, ésta debe ser preparada, dimensionada y trabajada con el fin de tener un resultado óptimo. El proceso de preparación de la tubería, a pesar de tener una connotación más mecánica que eléctrica, es importantísima para el buen funcionamiento posterior de la instalación. Veamos en qué consiste la preparación de la tubería metálica y de la no metálica. PREPARACION DE LA TUBERIA METALICA El reglamento S.E.C. establece las exigencias mínimas que debe cumplir la preparación y el trabajo en este tipo de ductos. Dichas exigencias son las siguientes: • Toda unión o empalme entre tuberías debe ser realizada por coplas con hilo interior. • Todo corte que se deba realizar en la tubería, debe ser convenientemente suavizado, eliminando puntas y rebabas. Así se evita el peligro de rasgar aislaciones de conductores durante el alambrado. • Toda llegada a cajas de derivación o tableros, debe ser fijada a través de tuercas y contratuercas, tuerca y boquilla u otro sistema aprobado.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
74
74 19/11/02, 18:20:35
• Para “hilar” los extremos del ducto sin hilo, se debe proceder a roscar el material fijando adecuadamente el tubo en un tornillo o prensa para luego proceder a confeccionar el hilo correspondiente, proceso que finalmente debe ser terminado con la eliminación de las rebabas correspondientes. PREPARACION DE TUBERIA METALICA
Unión o empalme entre tuberías realizadas por coplas con hilo interior.
Corte de tubería y eliminación de puntas y rebabas.
Fijación de llegadas a cajas de derivación.
Preparación del hilo del extremo de un ducto sin hilo.
EL CURVADO El proceso de curvar un ducto tiene por objetivo modificar el sentido del tubo, sin alterar su diámetro interior.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
75
75 19/11/02, 18:20:40
En relación con este proceso, es importante tener presente que entre 2 cajas o accesorios no deben existir más de dos curvas en el tramo de un mismo ducto. Esta situación puede apreciarse en la ilustración siguiente:
Otro antecedente que debe considerarse para curvar un ducto metálico, es que el radio de la curvatura esté en función del diámetro del ducto. CURVADO A MAQUINA El curvado a máquina es un procedimiento que se realiza por medio de la curvadora manual o el curvador de banco. Las ilustraciones siguientes muestran aspectos principales de ambas máquinas.
CURVADOR DE BANCO
CURVADORA MANUAL PORTATIL
El curvado a máquina utilizando la curvadora manual portátil o el curvador de banco, se realiza de la siguiente forma: - El tubo que se quiere curvar se introduce en la garganta de la polea. - A través de una mordaza de apriete se coloca la guía en contacto con el tubo. Este ha sido bloqueado con un gancho de fijación. - El giro de la palanca obliga al tubo a curvarse alrededor de la polea. - La guía tiene por misión repartir las presiones sobre un cierto trozo del tubo, evitando así su aplastamiento y arrugamiento.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
76
76 19/11/02, 18:20:46
RADIOS DE CURVATURA Un aspecto que es muy importante tener presente al efectuar el curvado de tubos es lo concerniente al radio de la curvatura. A continuación se presenta la fórmula de cálculo y el gráfico que permite demostrar dicho radio.
L
•
πR
R
2
L = 1,57 R La tabla que se incluye muestra los radios de curvatura que corresponden para tuberías metálicas.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
77
77 19/11/02, 18:20:48
RADIOS DE CURVATURA PARA TUBERIAS METALICAS Diámetro nominal de la tubería (pulgadas) 5/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 21/2 3 3 1/2 5 6
mm
Radio de curvatura al centro del tubo (mm)
159 127 191 254 318 381 508 635 762 889 1270 1524
100 100 120 180 200 250 300 400 450 550 750 900
PREPARACION DE LA TUBERIA NO METALICA Las exigencias establecidas para la canalización con ductos metálicos, son aplicables también a la tubería plástica o de P.V.C. CORTE DE TUBOS PLASTICOS RIGIDOS Los tubos plásticos rígidos se cortan usando un marco de sierra con hoja similar a la de cortar tubos de acero (32 dientes por pulgada).
Para ejecutar el corte no es necesario ocupar una prensa para tubos, sólo se necesita un punto de apoyo firme.
El corte debe quedar lo más a escuadra posible y las rebabas producidas deben eliminarse con un cuchillo.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
78
78 19/11/02, 18:20:53
CURVADO DE TUBOS PLASTICOS RIGIDOS Para realizar el curvado de este tipo de tubos, es necesario preparar previamente plantillas de curvas y tapones de maderas. Las plantillas de curvas se hacen en madera de un espesor de 2” y de los radios más usados. Se confeccionan en dos formas: • Las tipo “A”, que sirven para hacer curvas de 90º con distintos radios. Ej.: 7 cm ó 5 cm. • Las tipo “B”, que sirven para hacer curvas de 90º o más y son usadas para curvas tipo cacha de bastón. PLANTILLA TIPO "A" Y TIPO "B" r = 7 cm r = 10 cm
A
B
r = 5 cm
Los tapones de madera son de gran utilidad para insertarlos en los extremos de los tubos. Para realizarlos se utiliza madera blanda especialmente de álamo.
TAPONES DE MADERA
TUBO
TAPON
Además de preparar plantillas y tapones es necesario también harnear arena fina y secarla con lámpara, soplete u otro sistema parecido.
RELLENO DE TUBOS Una vez que se ha cortado el tubo, eliminado las rebabas y trazado las curvas, se taponea un extremo de él y se comienza a rellenar de arena por el otro extremo. • Con un madero pequeño se golpea el tubo para apisonar la arena. • Una vez Ileno el tubo y bien apisonada la arena, se pone el otro tapón.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
79
79 19/11/02, 18:20:57
• Preparado el tubo, se calienta en toda la extensión que corresponda a la curva hasta que quede totalmente flexible.
• Realizada la operación anterior, se pone el tubo en la plantilla cuidando que la marca del tubo calce con la marca de comienzo de la curva en la plantilla.
Una vez que el tubo toma la forma en la plantilla, se enfría con un huaipe con agua. Hechas las curvas correspondientes se quitan los tapones y se retira la arena. ACOPLAMIENTO DE LOS TUBOS Los acoplamientos entre tubos se hacen en la forma siguiente:
TUBO PLASTICO
MANDRIL DE MADER
• Utilizando un mandril de madera se expande el extremo de uno de los tubos. El mandril se introduce girando en la punta del tubo recalentado. • Expandido el tubo, se deja enfriar con el mandril puesto.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
80
80 19/11/02, 18:21:02
• Al momento de armar las tuberías, los acoplamientos se pegan con adhesivo plástico especial.
ACOPLAMIENTO DE TUBOS A LAS CAJAS La unión de los tubos a las cajas se hace por medio de boquillas normalizadas. Las boquillas pueden ser de dos tipos: • De conexión interior • De conexión exterior Estas boquillas están compuestas de dos piezas: una que va unida al tubo y por el exterior de la caja y la otra que va al interior de la primera y por dentro de la caja. TUBO
BOQUILLA
CAJA
BOQUILLA DE CONEXION INTERIOR
BOQUILLA DE CONEXION EXTERIOR
Al armar las tuberías, estas boquillas se pegan con el mismo adhesivo usado para las coplas.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
81
81 19/11/02, 18:21:05
FIJACION DE DUCTOS Considerando la norma S.E.C., la forma y el tiempo en que se efectúa, la fijación de los ductos establece la siguiente clasificación: PRE EMBUTIDOS Corresponde a la canalización que se efectúa en forma paralela con el avance estructural de la construcción. En esta canalización, los ductos son integrados a la estructura de la edificación, quedando, de este modo, al interior de lozas, cadenas, murallas, tabiques, etc. EMBUTIDOS Corresponde a la canalización que se aloja en el interior de ranuras hechas con el fin de contener los ductos y accesorios de la instalación. Dichas ranuras, una vez utilizadas, son cubiertas con revoque. Esto con el propósito de dar las terminaciones a la estructura de la edificación. SOBREPUESTOS Este tipo de canalización se fija directamente sobre murallas o tabiques. Por tal razón el factor estético es muy importante.
FIJACION DE DUCTOS
EMBUTIDOS
SOBREPUESTOS
SOPORTES DE FIJACION Para realizar la fijación de las tuberías es necesario el empleo de soportes. Este componente tiene características específicas dependiendo si el ducto es metálico o no metálico.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
82
SOPORTE PARA LA FIJACION DE TUBERIA METALICA En este tipo de soporte, para tubería metálica ya sea, sobrepuesta o embutida, su separación no debe ser superior a 1,5 m.
1 ≤1,5 mt
SOPORTE PARA LA FIJACION DE DUCTOS NO METALICOS Para ductos de PVC, se establecen los siguientes valores máximos de distancia entre soportes: Diámetro en Pulgadas 1/2 - 3/4 1-2 21/2 - 3 31/2 - 5 6
mm
Separación Máx. entre soportes (m)
127 - 191 254 - 508 635 - 762 889 - 1270 1524
1.20 1.50 1.80 2.00 2.00
ACTIVIDADES
1
Visite un local donde vendan elementos para la fijación de canalización eléctrica.
2
Consulte por las características de estos productos: Obsérvelos y tome nota de los aspectos que estime más relevantes.
PRACTICA DE TALLER N° 1 Ejecute una canalización en ducto metálico y luego auto evalúese con la Pauta de Observación que le entregamos.
PRACTICA DE TALLER N° 2 Ejecute una canalización en ducto no metálico y luego auto evalúese con la Pauta de Observación que le entregamos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
83
PAUTA DE OBSERVACION TALLER N° 1 Con su trabajo enfrente de Ud., responda lo más objetivamente posible las siguientes preguntas que le ayudarán a evaluar la calidad de su trabajo.
• DEL PROCESO
SI
1
¿Seleccionó en forma correcta las herramientas de trabajo y los materiales necesarios para realizar trabajo?
2
¿Preparó adecuadamente los materiales a utilizar en una canalización en ducto metálico?
3
¿Realizó las curvas según las especificaciones?
4
¿Ejecutó el hilo en la tubería con ayuda de las herramientas adecuadas?
5
¿Comprobó la calidad del roscado y eliminó las rebabas?
6
¿Ejecutó correctamente las uniones entre ductos?
NO
• DEL PRODUCTO 7
¿Las terminaciones del trabajo se ajustan a las especificaciones técnicas?
8
¿Las uniones aparecen correctamente realizadas?
9
¿El roscado cumple con las exigencias técnicas?
10 ¿La calidad del trabajo, en general, es satisfactoria? 11 ¿La presentación corresponde a un trabajo técnico serio y acucioso? 12 ¿El tiempo de ejecución es el adecuado?
• CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “SI”, lo felicitamos y animamos a seguir aprendiendo. Para aquellas respuestas “No”, le solicitamos analizarlas nuevamente o consultar un especialista.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
84
84 19/11/02, 18:21:17
PAUTA DE OBSERVACION TALLER N° 2 Con su trabajo enfrente de Ud., responda lo más objetivamente posible las siguientes preguntas que le ayudarán a evaluar la calidad de su trabajo.
• DEL PROCESO
SI
1
¿Seleccionó en forma correcta las herramientas de trabajo y los materiales necesarios para efectuar trabajo?
2
¿Preparó adecuadamente los materiales a utilizar en una canalización en ducto metálico?
3
¿Ejecutó las curvas según las especificaciones?
4
¿Preparó ductos para uniones, utilizando copias o ejecutando el trabajo directamente con ayuda de temperatura?
5
¿Ejecutó correctamente las uniones?
6
¿ Comprobó la calidad de la unión?
NO
• DEL PRODUCTO 7
¿La terminación del trabajo se ajusta a las especificaciones técnicas?
8
¿La calidad del trabajo, en general, es satisfactoria?
9
¿La presentación corresponde a un trabajo técnico serio y acucioso?
10 ¿El tiempo de ejecución se ajusta al asignado por el profesor?
• CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “SI”, lo felicitamos y animamos a seguir aprendiendo. Para aquellas respuestas “No”, le solicitamos analizarlas nuevamente o consultar un especialista.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
85
85 19/11/02, 18:21:22
la Pauta de Observación que le entregamos. RESUMEN Esta Unidad desarrolla los temas correspondientes a preparación y fijación de ductos que se utilizan en instalaciones eléctricas. Señala la clasificación en ductos metálicos y no metálicos destacando sus usos y en especial las ventajas de la tubería no metálica por sobre la metálica. Con respecto al proceso de preparación de la tubería metálica se enuncian las exigencias del Reglamento S.E.C. al respecto y se detalla el procedimiento de curvado a máquina con curvadora manual o con curvador de banco. En lo que corresponde a la tubería no metálica, se explican los procesos de corte de tubos plásticos rígidos, el curvado de este tipo de tubos, acoplamiento y fijación. En relación con el corte, se plantea la exigencia que quede lo más a escuadra posible y con las rebabas eliminadas. En cuanto al curvado, se enfatizan las necesidades de preparar previamente las plantillas de curvas y tapones de madera, realizar el harneado de arena fina y el relleno de los tubos para facilitar el proceso. Sobre el acoplamiento, se describe el procedimiento para llevarlo a cabo entre tubos y de tubos a cajas. Finalmente, sobre el proceso de fijación, se definen las tres modalidades: pre embutidos, embutidos y sobrepuestos y se describen algunas características de los soportes que se emplean para la fijación de tubería metálica y no metálica.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 5
86
86 19/11/02, 18:21:27
UNIDAD MODULAR N째 6
CIRCUITOS ELECTRICOS DE ALUMBRADO
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
87
87 19/11/02, 19:05:43
INTRODUCCION Con esta Unidad Modular finalizamos un aspecto muy importante de los usos del cobre en las instalaciones eléctricas. Hemos revisado una gran cantidad de información sobre el Reglamento Eléctrico: protecciones eléctricas, tecnología de los materiales, tecnología de las uniones eléctricas en conductores de cobre y preparación y fijación de ductos. Todos estos antecedentes conforman la base de conocimientos para comprender mejor los contenidos de esta Unidad y para poder realizar en forma práctica muchas de las tareas específicas que requiere una instalación eléctrica de alumbrado. Ahora podrá informarse sobre los circuitos eléctricos de alumbrado, los elementos de mayor uso en instalaciones de este tipo y muy especialmente, sobre el sistema de puesta a tierra. A través del desarrollo de las Unidades se explicaron una serie de procedimientos para ejecutar una instalación eléctrica de alumbrado y se destacaron una vez más las cualidades insuperables del cobre como elemento fundamental en la elaboración de conductores. Sabemos que el contenido y las actividades que se proponen, serán de su mayor interés ya que contribuirán a su formación profesional. Le deseamos éxito.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
88
88 19/11/02, 19:05:45
OBJETIVOS Al término de la Unidad esperamos que Ud. esté en condiciones de:
1 Identificar los circuitos básicos de alumbrado, sus características, aplicaciones y esquemas de representación gráfica.
2 Explicar partes y aspectos básicos de funcionamiento de las lámparas fluorescentes.
3
Explicar aspectos básicos del sistema de puesta a tierra y sus características .
4 Describir las características que debe presentar el terreno para ejecutar en forma correcta una puesta a tierra.
5 Identificar tipos de electrodos de puesta a tierra y las características propias de cada sistema.
6
Identificar los métodos de medición de las puestas a tierra, las precauciones en la aplicación de métodos y las recomendaciones para efectuar la medición con eficiencia.
7 Ejecutar circuitos eléctricos de alumbrado y alarma.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
89
89 19/11/02, 19:05:47
CIRCUITOS BASICOS DE ALUMBRADO Un circuito de alumbrado tiene por objetivo iluminar artificialmente un recinto en el que se realizan actividades humanas. Según su grado de complejidad y uso, los circuitos eléctricos de alumbrado se clasifican en : • • • • • • •
Circuito de efecto simple ó 9/12 Circuito de doble efecto ó 9/15 Circuito de triple efecto ó 9/32 Circuito de combinación escalera ó 9/24 Circuito de enchufe Circuito fluorescente. Circuito de alarma.
Con el fin de lograr el nivel de iluminación requerida, se ha desarrollado una tecnología que considera la intervención de determinados elementos. De los elementos de iluminación existentes, los de mayor uso en instalaciones de alumbrado son las lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes. Veamos las características de cada una de ellas. LAMPARA INCANDESCENTE Este tipo de lámpara se compone de las siguientes partes: FlLAMENTO : Es la parte más importante de la lámpara. Se fabrica de un metal (tungsteno o wolframio) que tiene un punto de fusión muy alto (3.400° C) y en forma de hélices. AMPOLLA : Es de vidrio e impide que el filamento entre en contacto con el oxígeno del aire para evitar que se queme. Se vacía el aire del interior y se llena de un gas inerte (mezcla de argón y nitrógeno). HILOS CONDUCTORES : Llevan la corriente desde el casquillo al filamento. Están hechos de hierro, níquel y cobre. SOPORTE DE VIDRIO: Sirve de apoyo a los conductores y los aísla eléctricamente. CASQUILLO : Es el soporte de la lámpara. A través de él penetra la corriente eléctrica. Está formado por la rosca y el contacto central. Entre ambos hay un anillo de vidrio. Los hay de varios tipos, siendo los más comunes de rosca y, entre estos, el E-27. SOPORTE DEL FlLAMENTO : Son unos alambres de molibdeno que impiden la deformación del filamento.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
90
90 19/11/02, 19:05:50
Las figuras siguientes muestran las partes de una lámpara incandescente y los tipos de casquillos que comúnmente se utilizan. AMPOLLA FILAMENTO SOPORTE FILAMENTO
HILOS CONDUCTORES SOPORTE DE VIDRIO
CASQUILLO
LAMPARA DE INCANDESCENCIA
E10 (EC 10) IEC 7004 - 22 DIN 49610
EP 10 IEC 7004-30 DIN 49710
E14 IEC 7004-23 DIN 49615
E27 IEC 7004-21 DIN 49620
E40 IEC 7004-24 DIN 49625
DIVERSOS TIPOS DE CASQUILLOS
El funcionamiento de la lámpara incandescente sigue el proceso que se indica: AI paso de la corriente eléctrica, el filamento se calienta, alcanza una temperatura de 2.200 °C, lo cual hace que se ponga incandescente (color rojo blanco), emitiendo luz. Debido a esta temperatura, el filamento sufre una pérdida de material por evaporación del mismo. Esto se evita en gran medida enrollando el filamento en forma de hélice (simple, doble, etc.).
LAMPARA O TUBO FLUORESCENTE Una lámpara o tubo fluorescente es una fuente de descarga eléctrica en una atmósfera de vapor de mercurio a baja presión. La luz se genera en ellos por fluorescencia. El tubo fluorescente consta de las siguientes partes: • Tubo de cristal de distintas longitudes y diámetro normalizado, recubierto en su superficie interior de una sustancia fluorescente en forma de polvo. Según la composición de esta sustancia, el color de la luz emitida será distinto. En el espacio interior del mismo, se ha introducido una mezcla que consta de argón a baja presión y una gota de mercurio.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
91
91 19/11/02, 19:05:55
• Casquillos, situados a ambos extremos del tubo y que soportan los filamentos (electrodos) o contactos. • Filamentos o electrodos en espiral doble o triple de wolframio recubiertos de óxidos. Estas son sustancias que emiten o liberan electrones a altas temperaturas. Las ilustraciones siguientes muestran las partes y principio de funcionamiento de un tubo o lámpara fluorescente y los símbolos con que se representa. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
EL BALLAST El ballast es un aparato que consta de las partes siguientes: • Un cuerpo compuesto por un arrollamiento o bobina sobre un núcleo de chapas magnéticas. • Una carcaza con los terminales de salida. • Una sustancia de poliéster entre carcaza y núcleo como aislamiento y reductor de zumbido. La figura siguiente representa un ballast. Se pueden apreciar sus partes, la lectura que incluye en su frente y el símbolo con que se le representa.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
92
Este balasto es de los que normalmente se utilizan en montajes para tensión de red igual a la tensión de cebado.
EL PARTIDOR O CEBADOR El cebador de destellos, conocido también como partidor, está constituido por dos electrodos o lámparas separadas que se doblan y unen por la acción del calor. Están situadas dentro de una ampolla de vidrio con gas neón a baja presión. Fuera de la ampolla se encuentra un condensador de pequeña capacidad que tiene por misión absorber la energía de ruptura en la apertura de las láminas. Todo ello, a su vez, está contenido en un cilindro de aluminio o plástico en cuya parte inferior se sitúan los contactos o patillas. Al aplicarle tensión, une las laminillas cerrando el circuito durante un instante y dando paso a la corriente a través de los filamentos del tubo. Su apertura origina que la reactancia produzca una sobre tensión que da lugar a su vez, a la ionización o descarga en la lámpara. La ilustración siguiente muestra el cebador o partidor y sus partes 1 2
4
3
1. Ampolla de vidrio llena de gas neón. 2. Laminillas bimetálicas 3. Soporte 4. Condensador antiparasitario. En relación con los circuitos básicos de alumbrado, mencionados al inicio de esta Unidad, se describen sus características fundamentales y aplicaciones y se presentan en forma gráfica los esquemas prácticos o de desarrollo y los unilineales.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
93
93 19/11/02, 19:06:03
CIRCUITO DE EFECTO SIMPLE (9/12) El circuito 9/12, corresponde en alumbrado al esquema lámpara o grupo de lámparas que son comandadas desde un sólo interruptor de efecto simple. Se aplica en todo tipo de instalaciones eléctricas de alumbrado tales como bodegas, dormitorios, cocinas, etc. TDA N F
ESQUEMA
9/12
UNILINEAL
PRACTICO O DESARROLLO
CIRCUITO DE DOBLE EFECTO (9/15) Este circuito corresponde al esquema de dos lámparas o dos grupos de lámparas que son comandadas independientemente desde un sólo punto o placa interruptor. Es utilizado comúnmente en baño-pasillo; patio-cocina; closet-dormitorio, y otros porque tiene la ventaja de controlar dos centros de alumbrado desde un sólo punto. ESQUEMA TDA N
F
a b 9/ 15
a
3
a b
a
b
PRACTICO O DESARROLLO
b
UNILINEAL
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
94
94 19/11/02, 19:06:06
CIRCUITO DE TRIPLE EFECTO (9/32) El circuito 9/32 representa al esquema de alumbrado, en el cual se comandan independientemente a tres centros luminosos de lámparas individuales o grupos de lámparas, desde un sólo punto de control. Se aplica para el control sectorizado de iluminación en recintos de alta densidad de lámparas tales como oficinas bancarias, locales comerciales y naves industriales. ESQUEMA
TDA N
F
c
c
4
a 4
a 9 a b c
b
a b c
32
b
UNILINEAL
PRACTICO O DESARROLLO
CIRCUITO DE COMBINACION ESCALERA (9/24) La característica de este circuito de alumbrado, está en la posibilidad de controlar desde dos puntos diferentes, los estados ON-OFF de un centro luminoso (lámpara o grupo de lámparas). El uso de este tipo de circuito es indispensable en escaleras (dos o más pisos); pasillos largos; habitaciones con doble acceso, etc.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
95
95 19/11/02, 19:06:10
ESQUEMA TDA N F
9/ 24
9/ 24 3
PRACTICO O DESARROLLO
3
UNILINEAL
CIRCUITO DE ENCHUFES Este circuito tiene la característica de extender las líneas de alimentación (fase y neutro más tierra de protección) hasta todos los puntos donde se requiera alimentación eléctrica. Es importante tener presente que a lo menos debe existir un enchufe por cada 9 m de perímetro o fracción en cada habitación. . ESQUEMA
N
TDA TF
3
3
PRACTICO O DESARROLLO
3
UNILINEAL
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
96
96 19/11/02, 19:06:15
CIRCUITO FLUORESCENTE La lámpara fluorescente, a diferencia de la incandescente, requiere de una serie de elementos adicionales para poder operar con eficiencia y ser conectada a la red de alumbrado. Según sea el tipo de equipo, el circuito de la lámpara fluorescente presenta algunas variaciones. Esto da origen a la siguiente clasificación: • Equipo simple. • Equipos dobles. - con ballast simple - con ballast compensados
COMPONENTES DE UN CIRCUITO FLUORESCENTE • BALLAST Bobina de alta inductancia cuyo objetivo es el de “cebar” el encendido de la lámpara y luego actuar como limitador de la corriente que la atraviesa. Se asocia en serie con el tubo.
• PARTIDOR Corresponde a un dispositivo “interruptor” de neón que se asocia en serie con los filamentos del tubo, dando la señal que permite que éstos se calienten y encienda el tubo.
ION DE MERCURIO
ATOMO DE MERCURIO
SUSTANCIA LUMINISCENTE CLAVIJA
ESPIRAL
ELECTRON TUBO DE VIDRIO
SOPORTE CASQUILLO
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
97
97 19/11/02, 19:06:19
BASES Las hay simples y compuestas. Están destinadas a fijar mecánicamente el tubo y el partidor y desenergizarlo eléctricamente.
P T
T T
N
B
P
F
N B
F
FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS DE ALUMBRADO FLUORESCENTE Considerando el montaje básico para la conexión individual de una lámpara fluorescente, el funcionamiento puede describirse en tres fases: Fase 1. Al dar tensión al circuito, ésta queda aplicada entre los extremos de las láminas bimetálicas del cebador (1 ), produciéndose una descarga entre ambas a través del gas neón. Las láminas se calientan y se provoca una curvatura que las une, o sea, se cierra por un instante el circuito circulando corriente por los filamentos o electrodos de la lámpara (2). Fase 2. El paso de la corriente por los filamentos produce una incandescencia en los mismos, emitiendo una nube de electrones a su alrededor. AI ocurrir esto, las laminillas del cebador se enfrían separándose y abriendo el circuito, momento en el que el balasto (3) lanza un impulso de tensión o sobre tensión que provoca la descarga o ionización del gas a través del tubo. Fase 3. Nos encontramos aquí con un gas ionizado dentro del tubo y con unos filamentos por los que no pasa corriente, pero que, sin embargo, pasan a ejercer la función de cátodo y ánodo alternativamente al existir una tensión alterna entre sus extremos. El choque de los electrones que se dirigen de cátodo a ánodo con los átomos de mercurio, produce una energía que, en forma de radiación ultravioleta de onda corta (253,7 mm), incide sobre la sustancia fluorescente que recubre el interior del tubo transformándose en radiación de onda larga visible.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
98
98 19/11/02, 19:06:24
Los equipos de iluminación fluorescente son muy utilizados por sus características, entre las que se destacan: • • • •
Gran rendimiento luminoso. Larga vida útil. Baja temperatura de funcionamiento. Baja luminancia.
CIRCUITOS DE ALARMA Los circuitos de alarma, corresponden en alumbrado, a instalaciones de “extra baja” tensión, las cuales para su funcionamiento requieren de un transformador reductor normalizado en estos esquemas de 220/12 (V). El propósito de los esquemas de alarma, es proveer a las instalaciones de los circuitos timbre de llamada. Son de gran uso como señalización de llamada en casas habitación, departamentos, industrias, etc. por la sencillez de la circuitería y el bajo costo de los equipos.
ESQUEMA PRACTICO
UNILINEAL
TDA
EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Como se mencionó anteriormente, en la Unidad Modular que describe los tipos de protecciones eléctricas, el objetivo de una puesta a tierra es asegurar, que ante la presencia de tensiones de contacto indirecto en carcazas, gabinetes o partes metálicas de equipos eléctricos, estos valores no superen los niveles de seguridad: 65 V en ambientes secos y 24 V en ambientes húmedos.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
99
99 19/11/02, 19:06:28
CARACTERISTICAS DE UNA PUESTA A TIERRA PARA PROTECCION La puesta a tierra para protección corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que en contacto con tierra, permiten drenar hacia ésta, todas las corrientes de falla, peligrosas para la integridad de las personas. Esto puede apreciarse en la ilustración siguiente:
Ι
F
Toda pieza conductora que no forme parte del circuito eléctrico, debe ser conectada a tierra a través de un conductor de tierra de protección, conectado a su vez al electrodo de puesta a tierra. En el dibujo siguiente se explica gráficamente lo señalado: CARCAZA METALICA
CONDUCTOR PUESTA A TIERRA
TOMA TIERRA
EJECUCION DE UNA PUESTA A TIERRA Al ejecutar una puesta a tierra es muy importante conocer la naturaleza del terreno donde se hará la instalación. Por ejemplo: su resistividad, temperatura y humedad. Con respecto a la resistividad del terreno, cuanto menor sea, más fácilmente se pueden alcanzar valores bajos para la resistencia de la instalación de tierra.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
100
100 19/11/02, 19:06:31
La tabla siguiente ilustra este concepto:
Resistividad ohm-metro
Tipo de terreno
10 a 100
Terreno orgánico húmedo
100 a 200
Terreno orgánico pero no húmedo
400 a 800
Terreno guijoso
1000 ó más
Terreno rocoso
Ejemplo
RESISTIVIDAD (Ω - m)
La resistividad del terreno varía con la temperatura y el grado de humedad. Por esta razón, no es aconsejable efectuar mediciones de la resistencia de la instalación de tierra cuando la temperatura es excesivamente alta o cuando el terreno está impregnado de agua debido a lluvias recientes.
-20
-10
0
10
20
0
10
20
30
40-
TEMPERATURA (°C) HUMEDAD (%)
Variación de la resistividad del terreno en función de la temperatura Variación de la resistividad del terreno en función del porcentaje de humedad.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
101
101 19/11/02, 19:06:35
La variación de la resistividad del terreno en función de la temperatura y la humedad podemos observarla en el gráfico que se incluye.
TIPOS DE ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA Las ilustraciones siguientes corresponden a electrodos de barra, conductores enterrados y malla a tierra. BARRA VERTICAL
Al momento de elegir el tipo de electrodo es indispensable considerar la superficie del terreno para la puesta a tierra. Otro aspecto también de gran importancia que se debe tener presente, lo constituyen las características propias de cada sistema.
PUESTA A TIERRA CON ELECTRODOS DE
MALLAS
CONDUCTORES ENTERRADOS
2 R
d
1. CONSTRUCCION ( por ejemplo cabina) 2. MALLA R. Radio: Lo más amplio posible a fin de reducir las tensiones de paso periféricas
VER DETALLE
BARRAS ENTRE 05 Y 10 M
ENTRE 05 Y 10 M
ENTRE 0
TUBO DE CEMENTO 100 mm MINIMO
0,40 MTS MINIMO
80°
A LA INSTALACION
ELECTRODO RADIAL
ELECTRODO EN MAL LADO
ELECTRODO ANULAR
DETALLE DE CAMARILLA DE MEDIDA
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
102
102 19/11/02, 19:06:41
MALLA Este sistema de puesta a tierra resulta ser el más eficaz. Se construye con conductor de cobre de una sección mínima de 16 mm2 a una profundidad de 60 cm y con un área que debe ser coherente con los requerimientos del sistema. PUESTA A TIERRA CON ELECTRODOS DE BARRA Los electrodos de barra originan puestas a tierra de valores muy altos para los requerimientos del sistema por lo que comúnmente se les combina con protectores diferenciales. PUESTA A TIERRA CON LOS CONDUCTORES ENTERRADOS Los conductores enterrados en forma horizontal constituyen una buena solución cuando la longitud de éstos es importante y las condiciones del terreno, óptimas (baja resistividad específica). MEDICION DE LAS PUESTAS A TIERRA Para la medición de las puestas a tierra hoy en día existen una serie de métodos basados en la moderna tecnología de instrumentos disponibles en el mercado; en todos ellos la idea central es capturar una señal medible de corriente inyectada a la puesta a tierra y con la medición de la elevación de potencial entre la puesta a tierra y un punto remoto de terreno se obtiene por ley de Ohm : RT = V / I. Los metodos tradicionales, los podemos resumir en: • Método de la caída de tensión. • Método de medición a través de un medidor de resistencia a tierra METODO DE LA CAIDA DE TENSION REGULADOR DE TENSION
TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO 220/220 V MEDIDOR DE RESISTENCIA A TIERRA
VOLTIMETRO DE GRAN RESISTENCIA (10.000 OHMIOS) AMPERIMETRO DE RESISTENCIA MUY BAJA
Rt= V I ELECTRODO SOMETIDO A PRUEBA
>5L
>5L
Procedimiento voltamperimétrico
SONDA DE TENSION
>5L
SONDA DE CORRIENTE
>5L
Procedimiento con medidor de tierra
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
103
PRECAUCIONES EN LA APLICACION DEL METODO
1
Utilizar corriente alterna (es desaconsejable el empleo de corriente continua ya que con ella se producen fenómenos de polarización).
2
Verificar las condiciones de cero de los instrumentos y tamborilear en ellos suavemente con el dedo durante la medición.
3
Al emplear el sistema voltamperimétrico, comprobar que el voltímetro no indique tensión, antes de hacer circular la corriente de prueba, lo que significaría la existencia en el terreno de otras corrientes de dispersión, independientes del circuito que se está probando.
4
Asimismo, con el sistema voltamperimétrico, es necesario el empleo del transformador de aislamiento a fin de no poner a tierra una fase de la red de alimentación.
RECOMENDACIONES PARA EFECTUAR LA MEDICION CON EFICIENCIA
1.-
Los dos electrodos auxiliares (sondas de tensión y corriente) pueden tener unas dimensiones discretas por cuanto su resistencia de tierra no es determinante para los fines de la medida.
2.-
Colocar las sondas lejos de la instalación de tierra a fin de que no se vean influidas por la propia instalación. Asimismo, la distancia entre las sondas debe ser tal que se eviten los fenómenos de interferencia. No es preciso que las sondas se coloquen en línea con el electrodo objeto de la prueba.
3.-
Cuando se trate de un sistema constituido por diversos electrodos en pica (o en anillo), se debe disponer las sondas de tensión y de corriente en la forma indicada en la figura:
4.-
Finalmente el valor de la puesta a tierra estará dado por ley de Ohm: RT = V / I
METODO DE MEDICION A TRAVES DE UN MEDIDOR DE RESISTENCIA A TIERRA
1.-
Los dos electrodos auxiliares (sondas de tensión y corriente) pueden tener unas dimensiones discretas por cuanto su resistencia de tierra no es determinante para los fines de la medida.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
104
104 19/11/02, 19:06:56
2.-
Colocar las sondas lejos de la instalación de tierra a fin de que no se vean influidas por la propia instalación. Asimismo, la distancia entre las sondas debe ser tal que se eviten los fenómenos de interferencia. No es preciso que las sondas se coloquen en línea con el electrodo objeto de la prueba.
3.-
Se aconseja que la sonda de corriente se disponga a una distancia mínima de: 3.1 3.2
4.-
Barras: Distancia mínima = 5 veces la longitud de la barra Mallas: Distancia mínima = 5 veces la diagonal de la malla
La sonda de tensión se clava a una distancia de aproximada a los 2/3 de la distancia mínima del electrodos de corriente; y en ese punto se registra el valor de la resistencia de la puesta a tierra.
ACTIVIDADES A
1
En una casa habitación, identifique los circuitos básicos que componen la instalación eléctrica del alumbrado.
2
En dicha instalación eléctrica identifique los lugares de aplicación.
3
Nombre y describa los componentes de ella.
4
Elabore un croquis con el levantamiento eléctrico de la instalación. B
Investigue sobre sistemas de puesta a tierra. Puede utilizar como fuente de consulta el Reglamento de Servicios Eléctricos; libros sobre instalaciones eléctricas; memorias de título, material editado por PROCOBRE, etc.
PRACTICA DE TALLER N° 1 Practique la ejecución de circuitos eléctricos de alumbrado y alarma y luego auto evalúese con la Pauta de Observación que le entregamos a continuación.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
105
105 19/11/02, 19:07:01
PAUTA DE OBSERVACION TALLER N° 1 Con su trabajo enfrente de Ud., responda lo más objetivamente posible las siguientes preguntas que le ayudarán a evaluar la calidad de su trabajo.
• DEL PROCESO
SI
1
¿Definió el circuito a instalar?
2
¿Seleccionó correctamente herramientas y materiales?
3
¿Trazó la canalización?
4
¿Preparó ductos y accesorios?
5
¿Alambró el circuito?
6
¿Fijó ductos y accesorios?
7
¿Efectuó las uniones entre conductores?
8
¿Aisló las uniones ejecutadas?
9
¿Realizó la conexión de aparatos y artefactos?
NO
10 ¿Probó el funcionamiento del esquema implementado?
• DEL PRODUCTO 11 ¿El trabajo realizado refleja: • Manejo adecuado de herramientas • Selección correcta de materiales • Buena preparación de ductos • Montaje correcto de elementos • Calidad satisfactoria de aislaciones? 12 ¿El trabajo fue ejecutado dentro de un tiempo adecuado? 13 ¿La presentación general refleja: • Buena calidad en el trabajo de ductos • Buena calidad de la fijación • Estética del trabajo 14 ¿El funcionamiento de la instalación se lleva a cabo sin inconvenientes? • CORRECCION Si todas sus respuestas fueron “SI”, lo felicitamos y animamos a seguir aprendiendo. Para aquellas respuestas “No”, le solicitamos analizarlas nuevamente o consultar un especialista.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
106
106 19/11/02, 19:07:06
RESUMEN En esta Unidad se desarrolla el tema de los circuitos básicos de alumbrado destacando el propósito para el cual se configuran, o sea, el de iluminar artificialmente un recinto en el que se realizan actividades humanas. Se describen las características fundamentales, aplicaciones y representación gráfica de los esquemas prácticos o de desarrollo y unilineales, de cada uno de los siguientes circuitos: • • • • • • •
De efecto simple De doble efecto De triple efecto De combinación escalera De enchufe Fluorescente y De alarma
Se destaca el hecho, que para lograr el nivel de iluminación requerida, se emplean en las instalaciones de alumbrado, dos tipos de componentes: las lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes. De ellas, se detallan sus partes, principio de funcionamiento y símbolos conque se representan. Se completa el contenido de la Unidad con importante información sobre el sistema de puesta a tierra. Se define la puesta a tierra para protección y sus características y con respecto a la ejecución misma de ella se destaca la importancia de conocer la naturaleza del terreno en el cual se realizará, es decir, su resistividad, temperatura y humedad. Se indican los tipos de electrodos de puesta a tierra y se explican los sistemas de puesta a tierra con electrodos de barra, con electrodos en malla y con conductores enterrados. Se completa la información, describiendo los métodos de medición de las puestas a tierra: el método de la caída de tensión y el método del electrodo auxiliar de resistencia despreciable; las precauciones en la aplicación de ellos y las recomendaciones para lograr la mayor eficiencia en esta actividad.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
UNIDAD 6
107
107 19/11/02, 19:07:11
ANEXO
MOTORES DE ALTO RENDIMIENTO Y TRANSFORMADORES
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
108
MOTORES DE ALTO RENDIMIENTO Es conocido el hecho de que los motores eléctricos proporcionan en su mayor parte la energía que hace funcionar los accionamientos industriales y por lo tanto, los motores en la industria representan una gran oportunidad en el ahorro de energía que a su vez, se traduce en reducción de costos de producción y en mejores ventajas comparativas. Si bien los motores modernos tienen rendimientos relativamente altos gracias a la alta conductividad del cobre, se han creado nuevos diseños que permiten un mejor aprovechamiento energético. Como ejemplo, en estudios de casos efectuados en otros países donde se han comparado motores estándares nuevos con motores de alto rendimiento nuevos en igualdad de condiciones de servicio, los resultados indican que los ahorros obtenidos con la instalación de motores de alto rendimiento proporcionaron amortizaciones sobre el costo suplementario entre los motores estándares y de alto rendimiento, entre 9 meses a 3 años y medio. Así, los motores de alta eficiencia pueden justificarse como rentables cuando un motor es nuevo o necesita reemplazo. El concepto de uso eficiente de la energía eléctrica o de “ahorro de energía” como se le conoce comúnmente, no significa sacrificar energía utilizándola en menor cantidad de servicios o en brindar inferior calidad de servicios, sino que se refiere a utilizar la electricidad de una manera eficiente.
FACTIBILIDAD FISICA DE REDUCIR PERDIDAS EN MOTORES Hasta la fecha, se han desarrollado diversos procedimientos para el diseño de máquinas eléctricas, en los cuales el computador ha tenido una influencia fundamental, puesto que los problemas de diseño son en general problemas indeterminados que requieren resolverse mediante sucesivas iteraciones. En el diseño convencional, generalmente se trata de minimizar el costo de materiales constituyentes del motor (principalmente cobre y fierro) hasta donde lo permita la temperatura que alcancen los enrrollados. Así, los principales esfuerzos en este campo ha sido el mejoramiento de los sistemas de refrigeración y el empleo de aislaciones que soporten altas temperaturas. De este modo, se logra trabajar con densidades de corrientes más elevadas, reduciéndose la cantidad de materiales del motor. En este contexto, la preocupación por lograr un mayor rendimiento no es prioritaria. Por el contrario, en el diseño de motores eficientes, el criterio es lograr un motor de bajas pérdidas y, por ende, alto rendimiento, de modo de reducir la potencia absorbida de la red y por tanto, reducir los costos por consumo energético. Para reducir las pérdidas, deben sobredimensionarse los conductores y el núcleo del motor, lo cual aumenta su costo.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
109
MODIFICACIONES PRINCIPALES DEL DISEÑO Si se desea diseñar un motor con alto rendimiento, deben reducirse sus pérdidas con respecto al diseño convencional. Las principales pérdidas son las pérdidas Joule y las pérdidas en el núcleo, siendo destacables las primeras. Para hacer un análisis comparativo entre motores estándar y motores eficientes, se tomará como base un motor de diseño normal, al cual se le modificará el enrollado del estator y la longitud del núcleo, con el fin de lograr un mayor rendimiento. Esta modificación tiene una característica adicional de importancia: resulta relativamente fácil, para una fábrica de motores estándar, construir motores eficientes en base al procedimiento recién descrito. De esta forma, será posible realizar las siguientes modificaciones: - Emplear un conductor de cobre de mayor sección (1):
SC* = KSC con K > 1
- Emplear el mismo laminado de estator, es decir, la misma ranura. De este modo, al aumentar la sección de cobre debe reducirse el número de vueltas del enrollado en igual proporción: (1) Las variables con *corresponden al motor de alta eficiencia y las sin *al motor normal de referencia.
N* = N / K
- Reducir la densidad de flujo para bajar las pérdidas en el fierro:
Bgm* = Bgm / K1 con K1 > 1
- Aumentar la longitud axial del núcleo (conservando el diámetro):
L* =
KK1L
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
110
MODIFICACIONES DE LOS PARAMETROS CIRCUITALES DEL MOTOR RESISTENCIA POR FASE DEL ESTATOR (r1): Las modificaciones anteriores cambian el valor de la resistencia del estator. Suponiendo un bobinado tradicional, en que el largo axial es de aproximadamente 1,5 veces el paso polar (piD/p), la nueva resistencia de estator se puede calcular mediante:
1 r 1* = K2
x
K1 K + 1+
+2 ( (p4,5 x r p+2 (4,5(
1
RESISTENCIA DEL ROTOR REFERIDA AL ESTATOR (r2): Si se desprecia la resistencia aportada por los anillos de cortocircuito del motor, la resistencia del rotor varía según la ecuación:
r 2* =
K1 r 2 K
REACTANCIAS DE FUGA (X1 estator, X2 rotor referida al estator):
K1 X 1 K K X2* = 1 X2 K X1* =
REACTANCIA DE MAGNETIZACION (Xm): La reactancia de magnetización, ligada a la corriente de vacío del motor, es fundamentalmente influenciada linealmente por el valor de la densidad de flujo, que disminuye según K1 por el número de vueltas de N que disminuye según K. En forma no lineal, pero en forma normalmente no significativa influye la saturación. Apróximadamente, se puede suponer que:
K Xm* = 1 Xm K
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
111
RESISTENCIA DE PERDIDAS EN EL FIERRO (rp): Si la cantidad del fierro se mantuviera, las pérdidas en el fierro variarían según la longitud del motor ( ya que se asume que el diámetro no cambia) y la densidad de flujo de diseño. Sin embargo, una de las características escenciales de un motor eficiente es que emplea un fierro de mejor calidad. Por ejemplo, una laminación para uso en motores convencionales como la M-43 (norma norteamericana) de 0,5 mm, tiene 4,1 W/kg de pérdidas a 1,5 Wb/m 2, 50 Hz. En cambio, una laminación M-15 de 0,35 mm tiene 2,53 W/kg en iguales condiciones. La reducción de las pérdidas específicas en este caso es entonces = 0,62 para 1,5 Wb/m 2, para 1,0 Wb/m 2, es 0,54. Así, en general:
K rp* = 1 rp αk
ANALISIS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR La modificación de los parámetros recién explicada, permite calcular las características de operación de un motor de inducción eficiente.
OPERACION A CARGA NOMINAL. Un motor de alta eficiencia, moviendo la misma carga nominal que el motor convencional, operará a un deslizamiento diferente, el que se puede calcular según:
S* = K1 K
S
La corriente de estator prácticamente no se modifica:
I1* = I1 Las pérdidas en el cobre del estator, se modifican según la expresión:
Pje* =
1
x
K2
K1 K + 1+
+2 ( (p4,5 +2 ( (p4,5
x
Pje
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
112
Las pérdidas en el rotor se modifican mediante:
P*Jr = K PJr K1
Finalmente, las pérdidas en el fierro se modifican según:
PF* = αK PF K1
Adicionalmente a lo anterior, es posible disminuir las pérdidas por roce y ventilación, mejorando la calidad de los rodamientos y el diseño del ventilador (el que puede reducir su caudal debido a que las pérdidas a disipar serán menores). Finalmente, es necesario considerar la disminución de las pérdidas parásitas en el motor. Son función de muchas características de diseño y de construcción del motor. La magnitud del entrehierro, la abertura de las ranuras del estator y del rotor, la densidad de flujo, la condición física de la superficie del estator son, entre otras, variables que influyen en estas pérdidas. En el caso analizado, la disminución de la densidad de flujo, hará disminuir las pérdidas parásitas, pero, aplicar una ecuación de cálculo simple se considera no adecuado.
OTRAS CARACTERISTICAS DE OPERACION La corriente en vacío, la corriente de partida, el torque de partida y el torque máximo del motor varían según el cuociente entre K y K1. Por el contrario, el deslizamiento al cual se produce el torque máximo no se modifica.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
113
COMPARACION DE PERDIDAS ENTRE MOTORES ESTANDAR Y MOTORES EFICIENTES POTENCIAL NOMINAL DEL MOTOR 5
10
25
50
100
200
HP
305 203
592 298
968 463
1487 778
1940 898
3369 1634
W W
221 78
250 104
346 173
783 339
901 417
1684 743
W W
53 44
145 101
346 208
470 351
1871 892
3256 1525
W W
153 131
250 192
484 308
861 519
1247 675
1797 1043
W W
31 28
79 70
161 123
313 227
970 713
1123 949
W W
83.0 88.5
85.0 90.7
89.0 93.6
90.5 94.5
91.5 95.4
93.0 96.2
% %
PERDIDAS COBRE ESTATOR MOTOR ESTANDAR MOTOR EFICIENTE FIERRO MOTOR ESTANDAR MOTOR EFICIENTE PARASITAS MOTOR ESTANDAR MOTOR EFICIENTE JOULE MOTOR MOTOR ESTANDAR MOTOR EFICIENTE ROCE Y VENTILACION MOTOR ESTANDAR MOTOR EFICIENTE EFICIENCIA MOTOR ESTANDAR MOTOR EFICIENTE
EJEMPLO Los valores siguientes se deducen del planteamiento realizado: K = K1 = α = Pje* = Pjr* = Pfe* =
1,4 1,1 0,6 0,63 Pje 0,786 Pjr 0,763 Pfe
Dado que se emplea en el motor una mayor cantidad de cobre y de fierro, el precio o costo del motor aumenta, en este caso, en alrededor de un 30%. La tabla muestra valores reales de motores estándares y motores eficientes. Este documento es un extracto del trabajo presentado por los ingenieros Alfredo Muñoz R. y Jorge Romo L., en el “Seminario de Eficiencia Energética” organizado por la Pontificia Universidad Católica de Chile, realizado en Antofagasta los días 25-26 de Septiembre de 1995 y en santiago los días 28-29 de Septiembre de 1995.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
114
TRANSFORMADORES EMBOBINADOS CON COBRE PERMITEN ENERGIA Y DINERO Los transformadores secos, por una serie de razones, han reemplazado ampliamente a las unidades que empleaban aceite en edificaciones industriales, comerciales e institucionales en estados Unidos. Sin embargo, no se le da mucha atención a las unidades secas de alto rendimiento energético. A diferencia de los motores, no poseen piezas en movimiento que se puedan desgastar, y por lo tanto, se espera que tengan una duración de 20 o más años. Rara vez se especifica la eficiencia energética cuando se va a adquirir un transformador seco. Son típicos los valores del 95% y mayores, y las diferencias entre unidades de alta y baja eficiencia son sólo del orden de 1% a 2%, con un premio inicial significativo para las unidades más eficientes. Pero, el precio inicial no es el precio final de un transformador. El costo total en el ciclo de vida debe examinarse cuidadosamente junto con la economía implícita en transformadores secos de alto rendimiento o eficiencia. Cuando se comparan una unidad de menor costo 98% e ficiente, con una de mayor costo del 99% de rendimiento, las pérdidas en el segundo se reducen a la mitad. No se debe despreciar las pérdidas en el conductor, ya que éstas varían con el cuadrado de la carga eléctrica. Esto significa que un transformador a plena carga tiene 4 veces las pérdidas de carga comparado con uno que opera al 50% de su carga nominal. En muchas aplicaciones los transformadores están muy cargados. Pero aún con factores de carga bajos, si las unidades no son eficientes (y muchas no lo son), las pérdidas se suman rápidamente. Así, el costo contínuo de las pérdidas del transformador debería ser equilibrado con los ahorros que se logran en las unidades eficientes, ahorros que se acumulan año a año y financian en corto plazo el costo inicial mayor. Existen otros beneficios: los transformadores eficientes o de alto rendimiento operan más fríos, y por lo tanto son más confiables, producto de la reducción de esfuerzos en los materiales aislantes. De este modo tienen mayor capacidad de sobrecarga, factor importante en los transformadores secos.
Para información más detallada, análisis económicos de distintos tipos de transformadores y estudio de casos, consulte a PROCOBRE: Fonofax (562) 664 22 62 Fonofax (562) 638 12 00 Fono (562) 632 25 20
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
115
GLOSARIO Accesorio Material complementario utilizado en instalaciones eléctricas, cuyo principal objetivo es cumplir funciones de índole más mecánicas que eléctricas. Alimentador Conductor de la instalación eléctrica entre el equipo de medida (medidor de energía) y el primer tablero de la instalación. Aparato Elemento de la instalación destinado a controlar el paso de la energía eléctrica. Artefacto Elemento fijo o portátil de una instalación, que consume energía eléctrica. Bimetal Conjunto formado por dos metales de diferente coeficiente de dilatación lineal bajo efecto de la temperatura. Caída de voltaje Tensión eléctrica, que se pierde en los conductores de una instalación eléctrica. Canalización Conjunto de conductores eléctricos y accesorios que aseguran su fijación y protección mecánica. Carcaza Estructura metálica que da la forma característica a artefactos y equipos eléctricos y cuyo objetivo es mecánico y no eléctrico. Carga nominal Valor de corriente y potencia eléctrica que debe servir una instalación eléctrica en condiciones normales. Cebar Ionizar la atmósfera de un tubo fluorescente, con una sobre tensión a efecto de producir, a través de ésta, la descarga eléctrica (conducción eléctrica). Circuito Conjunto de artefactos alimentados por una línea común de distribución, la cual es protegida por un único dispositivo de protección. Condiciones nominales Valores de los parámetros de un sistema, artefacto o equipo, con los cuales éstos se designan. Conductor fase Conductor de la instalación eléctrica que presenta una tensión con respecto a tierra (generalmente 220 V). Se codifica de color rojo, negro o azul.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
116
Corriente de fuga Corriente de fuga que circula a tierra, cuando se origina una falla de aislación en un equipo o artefacto eléctrico. Corriente diferencial Magnitud de corriente de fuga a tierra, que hace operar al protector diferencial. Corriente nominal Magnitud de corriente a la cual se dimensionan conductores, equipos y protecciones. Derivación Punto de la instalación donde se ramifica una canalización o conductor en dos o más salidas. Diagrama unilineal Representación esquematizada de una instalación eléctrica a través de símbolos normalizados. Dilatación lineal Corresponde al aumento de longitud que sufre un material como consecuencia del aumento de la temperatura. Dimensionar Especificación del “tamaño” que deben tener los componentes de una instalación eléctrica, en función de los requerimientos de carga en condiciones nominales. Ductos Elementos de la instalación, cuyo objetivo es el de aislar mecánicamente a los conductores eléctricos del medio que los rodea y conducirlos a través de toda la instalación. Electrodo Barra conductora que se entierra en el terreno para hacer una puesta a tierra. Electrodos de tierra Conductores desnudos enterrados, cuya finalidad es establecer el contacto eléctrico con tierra. Fase Conductor eléctrico, que presenta en la instalación eléctrica a una de las salidas del transformador de la red y cuya tensión a tierra debe ser de 220 (V).
Fusión Punto en que un material sólido (metal) cambia de estado sólido a líquido. Inductancia Coeficiente de autoinducción que se presenta en todo circuito electromagnético (bobinas eléctricas).
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
117
Intensidad a tierra Corriente de fuga que circula a tierra, cuando se origina una falla de aislación en un equipo o artefacto eléctrico. intensidad diferencial Corriente que resulta de la diferencia entre la que ingresa al circuito por el conductor fase y la que sale por el conductor neutro: ID = IF - IN Línea en remate Línea o tramo final de un alimentador. Luminancias Brillo que presenta una superficie iluminada (luminancia indirecta). Brillo que presenta un aparato de alumbrado. Mecanismo de trip Mecanismo de desenganche que activa la desconexión de un disyuntor ante una falla. Neutro Conductor que presenta en la instalación eléctrica, el punto de retorno común del transformador de la red y cuyo potencial a tierra debe ser cero. Núcleo toroidal Núcleo magnético del protector. Diferencial con forma de toroide. Parámetros Corresponde a las magnitudes eléctricas presentes en una instalación eléctrica. Puesta a tierra Conjunto de conductores de unión y conductores desnudos enterrados utilizados para poner a tierra un sistema o equipo eléctrico. Punto de fusión Temperatura en que un metal pasa de sólido a líquido. Resistencia calentadora Resistencia dispuesta en un equipo cuyo objetivo es producir temperatura para la operación del dispositivo. Resistividad de tierra Es la resistencia eléctrica específica del terreno, que se expresa en (Ohm -m ). Resistividad específica Resistencia propia que presenta un material de un metro de longitud y de una sección de 1 mm2. Tablero Equipo que contiene barras y dispositivos de protección, desde donde se puede operar y proteger una instalación.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
118
Tensión de cebado Sobre tensión que aparece entre los electrodos o terminales de un tubo fluorescente para producir la descarga que enciende el dispositivo. Tensión de red Voltaje que presenta en forma normal la red eléctrica de alimentación (220 V). Tensión de seguridad Voltaje máximo que se puede presentar en carcazas y estructuras metálicas de equipos y artefactos eléctricos con respecto a tierra, que no constituye riesgo para la vida de las personas. Tensión nominal Voltaje que se especifica en los equipos eléctricos para su correcto funcionamiento. Tiempo instantáneo Zona en la curva de operación de un disyuntor, donde el tiempo de desconexión de la protección ante cualquier valor de la sobre corriente es mínimo. Tierra de protección Conductor eléctrico presente en la instalación eléctrica, que se deriva de una puesta a tierra. Valor nominal Magnitud eléctrica, de tensión, corriente y potencia para los cuales se dimensiona la operación de una instalación eléctrica. Zona de tiempo inverso Zona en la curva de operación de un disyuntor, donde el tiempo de desconexión es inversamente proporcional al aumento de la sobre corriente.
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
119
BIBLIOGRAFIA COCESA “ Catálogo de conductores de Cobre”. COCESA. Santiago, 1993. GUZMAN PORRAS, A. “Prácticas de electricidad”. Mc Graw - Hill. Madrid, 1992. HOFFMANN VULLIAMY, GERMAN “Conductores para distribución de energía hasta 1 KV”. Memoria. Universidad de Santiago, 1980. INACAP “Ajustador, Electricista, Bobinador”. Instituto Nacional de Capacitación Profesional. Santiago, 1972. MADECO “Catálogo de conductores de cobre”. Madeco. Santiago, 1993. N.SEC. “Nuevo Código Eléctrico”. Publiley. Santiago. Chile, 1988. PROCOBRE “Usos del Cobre: Instalaciones Sanitarias”. Centro Chileno de Promoción del Cobre. Santiago, 1991. ROLDA, JOSE. “Manual Ceac de electricidad”. Ceac, Barcelona, 1982, RUIZ VASALLO, FRANCISCO. “Manual de puestas a tierra de equipos eléctricos”, Ceac. Barcelona, 1979. SIEMENS. “Manual de baja tensión”. Siemens, Erlangen, 1982. VALENZUELA, JORGE. “Introducción al proyecto eléctrico”, Santiago, 1982, VALENZUELA, JORGE. “El por qué de los diferenciales”. Santiago, 1979
USOS DEL COBRE: INSTALACIONES ELECTRICAS
120