UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE INGENIERIA: ELECTRICA, ELECTRONICA, MECANICA Y MINAS

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA ELECTRICA

INSTALACIONES ELECTRICAS IDOCENTE:

ING. RONALD DUEAS PONCE DE LEON

CUSCO - PERU2 012-I

TERCERA UNIDAD

CARGAS ELECTRICAS

3.1 Aspectos Generales3.2 Alcances de la Normatividad3.3 Definiciones Bsicas3.4 Cargas Elctricas3.5 Cargas de Circuitos y Factores de Demanda3.6 Aplicaciones en Edificaciones variantes.

3.1 ASPECTOS GENERALESEl clculo de las Cargas Elctricas en una edificacin, es

un paso muy importante para el diseo de las InstalacionesElctricas. Es una tarea delicada y minuciosa, pues cada edificiopresenta sus propias particularidades y por ende requerimientosde carga diferentes.

Sin embargo la experiencia y las normas nos indican quepara este estudio son importantes las cargas que representa elalumbrado y artefactos de uso general o la combinacin de losmismos. En tal caso es una opcin, el emplear las prescripcionesdel CNE - U en su seccin 050 y otras relacionadas, como es elcaso del uso de motores, calefaccin, aire acondicionado y otroscomo veremos luego.

3.2. ALCANCES DE LA NORMATIVIDAD

- CODIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD UTILIZACION CNE - U DireccinGeneral de Electricidad Direccin de Normas Elctricas MEM edicin2006 R.M. 037-2006-MEM/DM.

- REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES RNE Instituto deConstruccin y Gerencia Ministerio de Vivienda R.M. N 290 2005 Vivienda del 26 de noviembre del 2 005.

- NORMA DGE: TERMINOLOGIA EN ELECTRICIDAD Ministerio deEnerga y Minas Direccin General de Electricidad aprobada porR.M. 091- 2002- EM/VME.

- NORMA DGE: SIMBOLOS GRAFICOS EN ELECTRICIDAD Ministeriode Energa y Minas Direccin General de Electricidad aprobada porR.M.091-2002-EM/VME.

- NTP 370.305: Instalaciones Elctricas en Edificios. Proteccin paragarantizar la seguridad. Proteccin contra los efectos trmicos

- NTP 370.306: Instalaciones Elctricas en Edificios. Proteccin paragarantizar la seguridad. Proteccin contra las sobreintensidades.

- NTP 370.252 Conductores elctricos. Cables aislados con Cloruro depolivinilo para tensiones hasta e inclusive 450/750 V.

- NTP 370.253 Conductores elctricos. Cables aislados con compuestotermoplstico y termoestable para tensiones hasta e inclusive 600V.

- NTP 370.250 - 2003: CONDUCTORES ELCTRICOS. Conductoresparacables aislados.

- NTP 370.251 - 2003: CONDUCTORES ELCTRICOS. Cables de cobrepara lneas areas (desnudos o protegidos) y puestas a tierra.

- NTP 370.254 - 2003: CONDUCTORES ELCTRICOS. Cables paradistribucin area autosoportados aislados con XLPE para tensioneshasta e inclusive 0,6/1 kV.

- NTP 370.255 - 2004: CONDUCTORES ELCTRICOS. Cables deenerga con aislamiento extruido y sus accesorios para tensionesnominales desde 1 kV (Um = 1,2 kV) hasta 30 kV (Um = 36 kV). Parte 1.Cables para tensiones nominales de 1 kV y 3 Kv (Um = 3,6 kV)

3.3 DEFINICIONES BASICASa) Carga ElctricaSegn el CNE, la carga elctrica viene a ser el rgimen a la cual

se realiza el trabajo elctrico, conceptualmente viene a ser lapotencia activa o nominal absorbida o consumida por una mquina,un dispositivo elctrico, un usuario, un sistema elctrico.Usualmente est expresado en: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA A

b) Potencia Instalada (Pi)

Denominada tambin carga instalada o conectada, viene a ser la suma de laspotencias nominales de los receptores de energa elctrica conectada a la red, a unconsumidor o conjunto de consumidores,

Usualmente esta expresada en: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA.

Matemticamente est dada por:

== nj jPnPi 1

c) Densidad de carga (Pu)

Viene a ser la relacin existente entre la carga instalada y el rea delproyecto, conocida por el CNE-U como carga unitaria y esta expresada en:W/m2 y en forma general se puede expresar tambin en kW/m2 MW/km2.

El CNE-U en la tabla 14 (regla 050-210) establece los Watts pormetro cuadrado para las acometidas y los alimentadores de los prediossegn el tipo de actividad ,

por ejemplo:Viviendas : 25 W/m2Hospedajes : 15 W/m2Bancos : 25 W/m2Matemticamente est expresado por:

)()(

2mAWPiPu =

d) Demanda Mxima (Dm)Se conoce como demanda mxima de una carga, a la demandainstantnea mayor que se presenta en una carga en un perodode trabajo establecido (da, semana, mes, etc).Est expresada en: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA.

e) Demanda Elctrica (D)Constituye la potencia o carga promedio, que se obtiene durante unintervalo de tiempo determinado (intervalo de demanda) y se expresaen: W, kW, MW y/o VA, kVA, MVA.

f) Carga ContinuaCarga elctrica cuya corriente mxima se espera que contine durantetres horas o ms, estas cargas no debern exceder del 80% de lacapacidad nominal del circuito.

g) Cargas no SimultneasCuando sea improbable que dos o ms cargas distintas trabajensimultneamente, se permite omitir las ms pequeas al calcularla carga total.

h) Factor de Demanda (Fd)El factor de demanda de una carga elctrica, viene a ser la relacin

existente entre la demanda mxima y la potencia instalada (en un punto delsistema, en un consumidor, etc), generalmente es menor a 1, siendo unitariocuando el aparato o los aparatos conectados estuvieran absorbiendo supotencia nominal.

El CNE-U en la Tabla 14 establece los factores de demanda para losconductores de acometida y los alimentadores, as mismo en la seccin 050CARGAS DE CIRCUITOS Y FACTORES DE DEMANDA

se establecen todos los alcances y la aplicabilidad de estos factores, porejemplo:

* ViviendaConductores de acometida : Fd= 100 %Alimentadores : Fd= 100 %*HospedajesConductores de acometida : Fd= 80 %Alimentadores : Fd= 100 %

As mismo se establece otros criterios pero justificados para el uso de losfactores de demanda, de acuerdo al tipo de local o actividad, nmero de equiposy de otras cargas instaladas.

Matemticamente est expresada por la siguiente relacin:Pi

DmFd =

1Fs = isDmDmFs

i) Factor de Simultaneidad (Fs)Denominada tambin por algunos autores como factor de coincidencia,viene a ser la relacin de la demanda mxima de un conjunto deconsumidores medida en un centro o punto de distribucin, a lasumatoria de las demandas mximas individuales de esos consumidores.La aplicacin correcta del factor de simultaneidad representa un elementomuy importante en la planeacin del sistema, debido a que la demandamxima corregida por este factor de simultaneidad ser la que se utilicepara el dimensionamiento.El valor mximo que toma este factor es del 100% (1.0) y matemticamenteest expresada por la siguiente relacin:

Este valor; puede ser calculado, se puede recurrir al uso de tablasorientativas que nos proporcionan esta informacin o se podar serasumido por el proyectista utilizando criterios tcnicos justificativoscomo lo establece el RNE.

tDtPFc

m =1Fc

diaggrama de carga

020406080

100

0 6 12 18 24

tiempo

carg

a diagrama decarga

j) Factor de Carga (Fc)Se define el factor de carga como la relacin existente entre laDemanda Promedio en un intervalo de tiempo dado y la demandamxima observada en el mismo intervalo,

Fc anual < Fc mensual < Fc semanal < Fc diario

l) Factor de Utilizacin (Fu)Viene a ser la relacin existente entre la demanda mxima o lacorriente mxima y la capacidad nominal (de un equipo, de unconductor o de un sistema), matemticamente est expresadapor la siguiente relacin:

CnomCnomDmFu

Im==

k) Factor de Diversidad (Fdi)Algunos autores suelen utilizar este factor, en vez del factor de simultaneidad,debido a la diversidad de cargas que se presentan y que sus demandas mximasno coinciden en el tiempo, viene a ser el inverso del factor de simultaneidad ymatemticamente est expresada por la siguiente relacin:

s

iD Dm

DmFs

F == 1

3.4. Cargas Elctricas

A. Cargas de Alumbrado.- Para determinar la Carga Instalada (CI) y laMxima Demanda (MD) de un local o edificacin podemos proceder dedos formas.Segn lo establecido por el CNE U en su seccin 050, del cualdebemos de recordar que lo que establece son valores mnimos, Realizando los clculos correspondientes segn a una distribucinestablecida, aplicando metodologa adecuada.b. Tomacorrientes.- La potencia instalada a considerar para viviendasunifamiliares o multifamiliares, en habitaciones de huspedes en hoteles,moteles y otros similares estn considerados dentro de lo establecidopara alumbrado en el CNE U.Todas las salidas de tomacorrientes de 20A o menos sern consideradascomo salidas de uso general.Los tomacorrientes se utilizaran de acuerdo a las necesidades del local ysu numero estar sujeto a recomendaciones practicas de experiencias,establecidas en tablas correspondientes y a lo que establece el CNE.

LOCAL Mximo nde Salidas

Barberias, peluquerias familiar 2

Gabinetes mdicos, dentistas y similares 2

Escaparates en tiendas (En techo) 3

Escaparates de tiendas (En piso) 6

Areas de propaganda en comercio 6

Aulas 6

Locales de manufactura 6

Oficinas 6

Almacenes 6

Tabla: Mximo Numero de Tomacorrientes por Ramal segnel local. Se permitir conectar sobre el circuito derivadohasta los valores indicados en la tabla sgte:

En establecimientos comerciales e industriales se podrnconsiderar un nmero variable al recomendado o especificado,dependiendo de los requerimientos establecidos por losdiseos correspondientes.El CNE-U establece el numero mximo de sa1idas por

circuito, que no debe de haber mas de 12 salidas en cualquiercircuito derivado de 2 conductores, excepto lo permitido porotras reglas del CNE-USe considera por cada salida un consumo no menor de 1 A,

excepto lo permitido por la sub regla siguiente:Cuando la carga de cada salida es conocida, se permite que

el nmero de salidas sea mayor que 12, en la medida que lacorriente total del circuito no exceda el 80% de la capacidadnominal del dispositivo de sobre corriente que lo protege.

C. CARGAS DE FUERZA.

C-1. Cocinas Elctricas de uso domestico y otrosPara el clculo de las demandas mximas para estosartefactos se debe considerar la potencia de placa delartefacto lo establecido en el CNE-U seccin 050-300CIRCUITOS DERIVADOS DE ALIMENTACION ACOCINAS ELECTRICAS

(1) La demanda que debe de considerarse para losconductores de un circuito derivado que alimenta unacocina elctrica en una unidad de vivienda, debe ser:

(a) 8 KW cuando la potencia nominal de la cocina no excedade 12 Kw; o

(b) 8 KW mas el 40 % del exceso de potencia nominal de lacocina, sobre los 12 primeros KW.

C.2 Otros Equipos o artefactosEn general para las cargas de los Circuitos derivados, sedebe de cumplir con lo siguiente:Los conductores de los circuitos derivados utilizados paraproveer de energa elctrica a los equipos, artefactos y otrascargas de uso similar, deben:Ser utilizadas nicamente para dichas cargas proyectadasTener una capacidad de corriente no menor que la cargaconectada o cargas alimentadas por el circuitoc) Tener un aislamiento adecuado para las temperaturasque puedan presentarse en el circuito derivado.y al margen de lo descrito anteriormente para Alumbrado yTomacorrientes de Uso General (cargas de tipo mvil)existen alimentaciones para cargas fijas y con alimentacinindividual, siempre y cuando estas pasen

C.3 Calefaccin.La potencia instalada y la demanda mxima se calculara considerando larazn siguiente, como una primera aproximacin cuando no se conoce lapotencia del equipo a utilizar:

860( KCal / Kw ) y 50 ( KCal / m2)

El factor de demanda se recomienda que no sea menor del 75%(Ver Seccin 270 del CNE-U)

c.4 Aire AcondicionadoSe recomienda tener en consideracin lo siguiente, como una primeraaproximaei6n cuando no se conoce la potencia del equipo a utilizar:

1 tonelada de refrigeracin = 1 kW10 a 30 W / m2 de volumen en edificio de vivienda y comerciales.20 W / m3 de volumen de edificio en grandes almacenes.

Usualmente el aire acondicionado constituye de dos a tres veces el decalefaccin. Su factor de demanda generalmente es no menor al 75%

Otras cargasd 1 Motores elctricosSe aplican a todo lo establecido en la seccin 160 MOTORES YGENERADORES del CNE-U, y usualmente se recomienda calcular como sigue:Motores fraccionales hasta 1HP a razn de 1kW por cada HP.Motores mayores de 1HP hasta 10 HP a razn de 0.9 kW por cada HP.Motores mayores de 10 HP a razn de 0.8 k W por cada HP.Su factor de demanda es no menor al 75%.

d 2 Electrobombas de agua y desague y similaresLos ingenieros sanitarios nos proporcionan el valor de la potencia del motor autilizarse, tanto para el sistema tradicional de electrobombas o como para elsistema hidroneumtico que es el que mayor uso tienen en la actualidad.Pero para el calculo aproximado de la potencia instalada y de la demandamxima, nosotros podemos hacer uso:1. De los bacos proporcionados por los fabricantes de estos equipos y desus formulas y valores correspondientes.2. Utilizando la siguiente formula matemtica:

p = lOOO x Hm x Q75 x h

Hm: Altura manomtrica en m.Q : Caudal de agua requerido en m3/ s.P : Potencia del motor en HP.h : Rendimiento del motor (0.35 a 0.75)

d.3. Ascensores y montacargas.

Para estimar su carga en con motor de corriente alterna sepuede utilizar la frmula siguiente:

1) KW = 0.8 PV100

Para caso de motor de corriente contnua, la frmula Sgte:2) KW = _P V_

100Donde:P: Capacidad de carga del ascensor omontacarga en Kg.V: Velocidad en m/s (2 a 5 m/s)

d.4. Plantas de lavandera.La potencia instalada promedio es de 1.5KW por cada 100 lb de ropa lavada al dacon trabajo de 8 h diarias.

* Otras cargas: Se debe establecer dichascargas siempre en coordinacin con losprofesionales especialistas, los catlogosde fabricantes, abacos o tablas que sepueden obtener de diferentes instituciones.

3.5 La seccin 050 del CNE-U "CARGAS DE CIRCUITOS YFACTORES DE DEMANDA"

Seccin 050-100 Clculo de CorrientesEn el calculo de las corrientes que resulten de cargas expresadas en "Watts ovolt-amperes" alimentadas por sistemas de corriente alterna de baja tensin, sedeben emplear las tensiones nominales de 220V 380V segn corresponda, ocualquier otra tensin nominal dentro del rango de baja Tensin de 1 000 V omenos, que sea aplicable.

Seccin 050-102 Cadas de Tensin(1) Los conductores de los alimentadores deben ser dimensionados para que:(a) La cada de tensin no sea mayor del 2.5 %(b) La cada de tensin total mxima en el alimentador y los circuitos derivadoshasta la salida o punto de utilizacin mas alejado, no exceda del 4 %.(2) Los conductores de los circuitos derivados deben de ser dimensionadospara que:(a) La cada de tensi6n no sea mayor del 2.5%(b) La cada de tensi6n total mxima en el alimentador y los circuitos derivadoshasta la salida 0 punta de utilizaci6n mas alejado, no exceda del 4 %.(3) En la aplicaci6n de la Sub-regIa (1) anterior se debe emplear la cargaconectada al circuito derivado, si esta es conocida; en caso contrario, el 80% dela menor capacidad nominal de rgimen de los dispositivos de protecci6n delcircuito derivado contra sobre carga o sobrecorriente.

Seccin 050-104 "Carga Mxima de Circuitos"(1) La corriente nominal de una acometida, alimentador o circuito derivado debe ser

la que resulte menor entre la capacidad nominal del dispositivo de protecci6ncontra sobre-corrientes del circuito y la capacidad nominal de los conductores.

(2) La carga calculada para un circuito no debe exceder a la corriente nominal delcircuito.

(3) La carga calculada para una acometida, alimentador o circuito derivado debeser considerada como una carga continua, a menos que pueda demostrarseque tal valor no persistir por mas de :

(a) Un total de una hora en periodos de dos horas si la corriente no excede de 225A, 0

(b) Un total de tres horas en periodos de seis horas, si la corriente es mayor que225 A Otros especificados en el CNE-U

(1) El dimensionamiento de conductores e interruptores determinados de acuerdocon esta secci6n, deben ser los mnimos a emplear; salvo que a lasdimensiones normalizadas inmediatamente inferiores, corresponda unacapacidad de hasta 5% menor que la calculada, en cuyo caso se pueden utilizarestos conductores e interruptores.

(2) Cuando el diseo de una instalaci6n se base en requerimientos superiores a losdados en esta secci6n, las capacidades de acometidas y alimentadores debenincrementarse correspondientemente.

(3) Cuando se instalen dos o ms cargas de las cuales solo una puede ser utilizadaa la vez, se debe considerar la carga mayor en el calculo de la demanda.

(4) Cuando un alimentador sirve cargas de naturaleza cclica o similar, de modoque la carga total conectada no debe ser alimentada al mismo tiempo, lacapacidad de conduccin del alimentador se debe calcular para la mximacarga que pueda ser servida en un tiempo dado.

050-106 Utilizacin de Factores de Demanda

(1) El dimensionamiento de conductores e interruptores determinados deacuerdo con esta Seccin, deben ser los mnimos a emplear; salvo quea las dimensiones normalizadas inmediatamente inferiores, correspondauna capacidad hasta 5% menor que la calculada, en cuyo caso sepueden utilizar estos conductores e interruptores.

(2) En cualquier caso diferente al de una acometida calculada segn lasReglas 050-200 y 050-202, cuando el diseo de una instalacin se baseen requerimientos superiores a los dados en esta Seccin, lascapacidades de acometidas y alimentadores deben incrementarsecorrespondientemente.

(3) Cuando se instalen 2 o ms cargas de las cuales slo una pueda serutilizada a la vez, se debe considerar la carga mayor en el clculo de lademanda.

(4) En el caso de cargas de calefaccin ambiental y de aire acondicionado,que no se utilizan simultneamente, la mayor debe ser considerada enel clculo de la demanda.

(5) Cuando un alimentador sirve cargas de naturaleza cclica o similar, demodo que la carga total conectada no debe ser alimentada al mismotiempo, la capacidad de conduccin del alimentador se debe calcularpara la mxima carga que pueda ser servida en un tiempo dado.

3.6.- APLICACIONESPRACTICAS

REFERENCIAS:CDIGO NACIONAL DE ELECTRICIDADUTILIZACIN CNE-UREGLAMENTO NACIONAL DEEDIFICACIONES RNECDIGO NACIONAL DE ELECTRICIDADSUMINISTRO CNE-SNORMAS DGE/MEM NTP OTROSNORMAS REFERENCIALES EXTRANJERASUNE, NEMA etc.

RNE - ARTICULO 4

EVALUACIN DE LA DEMANDALos Proyectos debern de incluir unanlisis de la potencia instalada ydemanda mxima de potencia querequieren las instalaciones proyectadas.

La evaluacin de la demanda podrrealizarse por cualquiera de los dosmtodos que se describe:

METODO 1.- considerando las cargasrealmente a instalarse, los factores dedemanda y simultaneidad que seobtendran durante la operacin de lasinstalaciones.

METODO 2.- Considerando las cargasunitarias y los factores de demanda queestipula el CNE-U o las normas de la DGEcorrespondientes; el factor desimultaneidad entre las cargas serasumido y justificado por el proyectista

30

Red de Distribucin

Caja de toma y/ode medicin

(Contador de Energa)

(a) Conductor de acometida1% Mximo(Ver Norma deConexiones de BT)

2,5% Mximo(b) Alimentador

CargaContratada

(c) Circuito Derivado 2,5% Mximo

4% Mximo

Punto de Entrega

Mxima Cada de

Tensin Permisible

050-102 Cada de Tensin

31

ESQUEMA DE DISTRIBUCION PUESTA A TIERRA

R

S

T

Caja de AcometidaCaja de Medicin

Tablero General

Conductor Neutro

N

Conductor depuesta a tierra

Conductor de Fase

Tierra delsuministrador

Sistema deDistribucin

Conductor deEnlace Equipotencial

Conductor deProteccin PEVerde-amarillo

Puesta a tierraInstalaciones

internas

APLICACIONES PRACTICAS

Gracias