UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOS SIMEN CAAS

MANUAL PRCTICO DE LABORATORIO PARA LAS MATERIAS DEL REA DE POTENCIA

TRABAJO DE GRADUACIN PREPARADO PARA LA

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

PARA OPTAR AL GRADO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

POR:

WILFREDO AUGUSTO LEONOR CARTAGENA JUAN ARNULFO CHAVARRIA URQUILLA JAIME FERNANDO ZEPEDA QUINTANILLA

OCTUBRE 2008 ANTIGUO CUSCATLN, EL SALVADOR, C.A.

RECTOR JOSE MARIA TOJEIRA, S.J.

SECRETARIO GENERAL REN ALBERTO ZELAYA

DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA EMILIO JAVIER MORALES QUINTANILLA

COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERA ELCTRICA OSCAR ANTONIO VALENCIA MONTERROSA

DIRECTOR DEL TRABAJO ENRIQUE ANDRS MATAMOROS LOPEZ

LECTOR DORIS MARA CALDERN

DEDICATORIA.

Esta tesis la dedico en primer lugar a Dios por haberme permitido finalizar mis estudios universitarios y por haber estado a mi lado en cada dificultad que se me present, ya que sin l no estuviera donde me encuentro ahora. Tambin se la dedico a mi mam Milagro Rosala Cartagena de Leonor quien me apoy en todo momento y nunca me dejo solo, a mi pap Wilfredo Arnulfo Leonor Contreras que estuvo a mi lado, a mis abuelos Milagro Martnez de Cartagena y Jos Juventino Augusto Cartagena que si no los tuviera a mi lado, no estara presentando esta tesis, a mis hermanos Juan Francisco Leonor Cartagena y Emilio Jos Leonor Cartagena, y a mi novia Natalia Carolina Delen Rauda que me ha apoyado hasta el momento en forma incondicional en todos mis problemas y me ha dado su apoyo en todo momento. Y especial agradecimiento al Ing.Matamoros que nos dio su apoyo incondicional para la realizacin de la tesis.

El hombre encuentra a Dios detrs de cada puerta que la ciencia logra abrir.

Wilfredo Augusto Leonor Cartagena.

DEDICATORIA. Mi Trabajo de Graduacin lo dedico: A DIOS por darme la oportunidad de vivir y el privilegio de ser parte componente de la clase profesional. A mis padres que me dieron la vida y me han apoyado en todas mis decisiones. Gracias por todo pap y mam por mostrarme el camino a seguir para obtener la superacin personal por medio del propio esfuerzo y la dedicacin constante. Y aunque hemos atravesado momentos difciles siempre han estado para m, apoyndome y brindndome todo su amor y comprensin. A mis hermanos Gloria, Samuel y Delmy, por estar conmigo y apoyarme siempre; no solo por medio del factor econmico, que aunque es sumamente importante, se vuelve superficial al compararlo con la infinidad de valiosos y sabios consejos, producto de la propia experiencia personal. Los quiero de todo corazn y este trabajo que me llev seis meses realizar y el ttulo de Ingeniero Electricista que me tom cinco aos obtener y estoy a punto de recibir son para ustedes. Con esfuerzo y dedicacin aqu est lo que ustedes me brindaron, un ttulo de Educacin Superior, solamente les estoy devolviendo una parte de lo que ustedes me dieron en un principio. A mis hermanos menores Joel y Vernica, gracias por estar conmigo y apoyarme siempre. A mis profesores por confiar en m, especialmente al Ingeniero Enrique Matamoros, asesor de este Trabajo de Graduacin y la Ingeniera Doris Caldern, lectora de esta Tesis. Gracias por todas las enseanzas tcnicas y los consejos prcticos, herramientas fundamentales en la vida profesional. Y a mis compaeros de Tesis, sin quienes yo no lo hubiese logrado. Tantas desveladas, debates, discusiones y desacuerdos sirvieron de algo y al final ac est el fruto de nuestro esfuerzo. Hemos podido obtener un trabajo digno de un Ingeniero con sello UCA.

Juan Arnulfo Chavarra Urquilla.

DEDICATORIA Dedicado e inspirado en la voluntad de Dios todopoderoso, quien es el eje principal de mi vida y de todos los que lo amamos; con todo mi cario, dedico este trabajo tan trascendental a mis padres, doa Reyna y don Jaime quienes con sus consejos, su apoyo incondicional y su amor lograron que en mi surgiera el carcter, el positivismo, la perseverancia y la humildad necesaria para siempre luchar por alcanzar los objetivos de la vida, siempre tomando en cuenta los valores y los principios morales y cristianos inalienables que tiene que tener todo ser humano; tambin a mis hermanos Patricia y Stanley, por siempre comprenderme y acompaarme en largos momentos de estudio, a la vez por llenarme de nimos y alegras en ese camino. A mi abuelo Nicols que con su humildad y fe me dio lecciones sin costo alguno de lo que es compartir muchas cosas de la vida y en especial un logro como al que ahora se llega; a toda la familia Zepeda y toda la familia Quintanilla que siempre han estado al pendiente de mi carrera, as como los que ya partieron a la presencia del seor. A mi novia Jaqueline que a lo largo de mi carrera, me dio ese aliento y amor que tanto se necesita para lograr culminarla y a toda su familia que siempre estuvo al pendiente. A mis grandes amigos del colegio, la universidad y la colonia, que siempre convirtieron los momentos ms duros en momentos alegres y nunca olvidaron a pesar de tener sus problemas que nuestra amistad sobresale por encima de cualquier obstculo. Al padre Tojeira quien con su amistad y carisma siempre tenia palabras y acciones indicadas en momentos indicados, lo que le agradezco mucho. A mis maestros del Colegio Externado San Jos y la UCA que sin su conocimiento, gua y experiencia, nunca hubiera sido posible el aprendizaje a lo largo de todos los estos aos continuos de estudio que he tenido; muy en especial al Ing. Enrique Matamoros, Ing. Fredy Villalta, Ing. Csar Villalta y el Ing. Oscar Valencia. Tambin a las autoridades de la Universidad por permitirme desarrollarme como Representante Estudiantil de la Facultad. A la Rama Estudiantil IEEE-UCA y a IEEE Seccin El Salvador, que desde el ao 2005 ha sido parte importante en mi desarrollo profesional, forjando un sentido de liderazgo y organizacin en m, que en el presente ocupo y que en un futuro me servir. A mis compaeros de tesis Will y Juan, que con esas largas jornadas de trabajo demostraron junto a m esa tenacidad que nos ayudar en cada una de nuestras vidas.

Aunque vayan mal las cosas como a veces suelen ir, descansar alcazo debes pero nunca DESISTIR.

Jaime Fernando Zepeda Quintanilla

RESUMEN EJECUTIVO

La creciente necesidad por mantener la teora y la prctica de la mano, ha llevado a la carrera de Ingeniera Elctrica a buscar un mayor nivel de integracin entre ambas lneas del conocimiento, y as desarrollar mecanismos que permitan un aprendizaje efectivo, aprovechando los recursos que la Universidad pone a disposicin de los estudiantes con el fin de relacionar la carrera directamente con la realidad de la Ingeniera aplicada en la especialidad de potencia a nivel nacional; sin dejar a un lado todo tipo de referencias tiles a nuestro sistema, sin importar que provengan de distintos pases del mundo. La coordinacin de la realizacin del diseo de proyectos unificadores entre la teora y la prctica para una misma asignatura, est fundamentada en el nivel de complejidad que cada una de las materias tratadas poseen; en esta oportunidad el departamento de Ciencias Energticas de la Universidad Centroamericana Jos Simen Caas (UCA) ha mejorado la calidad y el nivel acadmico con el diseo de este tipo de laboratorios, ya que los mismos benefician a estudiantes, recin graduados y a las mismas empresas que estn enfocadas en los trabajos relacionados a la Ingeniera Elctrica en la rama de potencia. Es de esta manera que surge el proyecto denominado Manual Prctico de Laboratorio de Materias del rea de Potencia a sugerencia del catedrtico que imparte dichas materias el Ing. Enrique Matamoros, quien relaciona la prctica y la teora en forma ntima , dando as la importancia que cada una de ellas nos brindan al situarse inmersas dentro de un sistema educativo superior, del cual se espera alta calidad y mucha seguridad a la hora del diseo y anlisis de nuevas tecnologas que todo sistema elctrico de potencia necesita. Este documento explica y elabora los mtodos de diseo, seguridad de instalacin, medicin, prueba y maniobra de instalaciones residenciales, industriales y todo tipo de sistema de distribucin de energa que alimente a cargas de baja y media tensin; as como el anlisis de los sistemas de emergencia y las protecciones que se implementan en redes elctricas. La estructura de este trabajo de graduacin est conformada por 5 captulos de exposicin.

i

ii

NDICE RESUMEN EJECUTIVO .......................................................................................................................i NDICE DE TABLAS ...........................................................................................................................ix NDICE DE FIGURAS. ........................................................................................................................xi SIGLAS ............................................................................................................................................ xvii PRLOGO. ....................................................................................................................................... xix CAPTULO 1: INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES. .................................................... 1 1.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1. ............................................................................ 1 1.1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................................... 1 1.1.2 EXPOSICION .................................................................................................................... 1 1.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS..................................................................... 7 1.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ........................................................................ 7 1.1.5 PROCEDIMIENTO ............................................................................................................ 8 1.1.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................. 12 1.1.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 13 1.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 2 ........................................................................... 14 1.2.1 OBJETIVOS .................................................................................................................... 14 1.2.2 EXPOSICIN .................................................................................................................. 14 1.2.3 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS .................................................................................... 23 1.2.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ...................................................................... 23 1.2.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 24 1.2.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................. 26 1.2.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 27 1.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 3 ............................................................................ 28 1.3.1 OBJETIVOS .................................................................................................................... 28 1.3.2 EXPOSICION. ................................................................................................................. 28 1.3.3 PRUEBA TERICA DE CONOCIMIENTO ..................................................................... 34 1.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ...................................................................... 34 1.3.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 35 1.3.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................. 39 1.3.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 40 1.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 4. ......................................................................... 41 1.4.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 41 1.4.2 EXPOSICIN ................................................................................................................. 41 1.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.................................................................. 45 1.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................... 46 1.4.5 PROCEDIMIENTO ......................................................................................................... 46 1.4.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 49 1.4.7 ANEXOS......................................................................................................................... 50 1.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5. ........................................................................... 54 1.5.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 54 1.5.2 EXPOSICIN ............................................................................................................ 54 1.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.................................................................. 61 1.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................... 62 1.5.5 PROCEDIMIENTO. ........................................................................................................ 62 1.5.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 63 1.5.7 ANEXOS.......................................................................................................................... 64 1.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6 ............................................................................ 65 1.6.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 65 1.6.2 EXPOSICION ................................................................................................................. 65 1.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS............................................................. 70 1.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................... 70 1.6.5 PROCEDIMIENTO. ........................................................................................................ 70 1.6.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 70

1.6.7 ANEXOS. ........................................................................................................................ 71 1.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7 .......................................................................... 72 1.7.1 OBJETIVOS.................................................................................................................... 72 1.7.2 EXPOSICION.................................................................................................................. 72 1.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS .................................................................. 77 1.7.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDO........................................................................ 77 1.7.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 77 1.7.6 CUESTIONARIO ............................................................................................................ 77 1.7.7 ANEXOS ......................................................................................................................... 78 1.8 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 8. .......................................................................... 79 1.8.1 OBJETIVOS..................................................................................................................... 79 1.8.2 EXPOSICION................................................................................................................... 79 1.8.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. .................................................................. 83 1.8.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ..................................................................... 84 1.8.5 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 84 1.8.6 CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 86 1.8.7 ANEXOS. ......................................................................................................................... 87 1.9 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 9. .......................................................................... 89 1.9.1. OBJETIVOS.................................................................................................................... 89 1.9.2 EXPOSICION.................................................................................................................. 89 1.9.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ................................................................. 94 1.9.4 MATERIALES Y EQUIPO................................................................................................ 94 1.9.5 PROCEDIMIENTO. ......................................................................................................... 94 1.9.6. CUESTIONARIO. ........................................................................................................... 97 1.9.7 ANEXOS. ......................................................................................................................... 98 CAPITULO 2: SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ....................................................... 101 2.1 EXPERIEMNTO DE LABORATORIO No 1 .......................................................................... 101 2.1.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 101 2.1.2 EXPOSICION................................................................................................................. 101 2.1.3. PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS ................................................................ 106 2.1.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.................................................................. 107 2.1.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 109 2.1.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 111 2.1.7 ANEXOS. ....................................................................................................................... 111 2.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 2. ........................................................................ 114 2.2.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 114 2.2.2 EXPOSICION................................................................................................................ 114 2.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 120 2.2.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 120 2.2.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 120 2.2.6 CUESTIONARIO .......................................................................................................... 122 2.2.7 ANEXOS. ..................................................................................................................... 122 2.3. EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3 ........................................................................ 125 2.3.1 OBJETIVOS.................................................................................................................. 125 2.3.2 EXPOSICIN................................................................................................................. 125 2.3.3. PRUEBA TERICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 133 2.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 133 2.3.5. PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 134 2.3.6. CUESTIONARIO. ........................................................................................................ 137 2.3.7. ANEXOS. ..................................................................................................................... 137 2.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 4 ......................................................................... 140 2.4.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 140 2.4.2 EXPOSICIN................................................................................................................ 140 2.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTO. ................................................................ 148 2.4.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS .................................................................... 148

2.4.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 148 2.4.6 CUESTIONARIO ........................................................................................................... 149 2.4.7 ANEXOS........................................................................................................................ 150 2.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5. ....................................................................... 153 2.5.1 OBJETIVOS. ................................................................................................................ 153 2.5.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 153 2.5.3 PRUEBA TERICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 156 2.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 156 2.5.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 156 2.5.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 159 2.5.7 ANEXOS.................................................................................................................. 160 2.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6. ....................................................................... 163 2.6.1 OBJETIVOS. ................................................................................................................ 163 2.6.2 EXPOSICIN. .............................................................................................................. 163 2.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................. 167 2.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS.................................................................. 168 2.6.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 168 2.6.5 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 176 2.6.7 ANEXOS........................................................................................................................ 177 2.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7 ......................................................................... 178 2.7.1 OBJETIVOS. ................................................................................................................. 178 2.7.2 EXPOSICIN ............................................................................................................... 178 2.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................. 189 2.7.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDO ...................................................................... 190 2.7.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 191 2.7.6 CUESTIONARIO ........................................................................................................... 192 2.7.7- ANEXOS ...................................................................................................................... 193 CAPITULO 3: EQUIPOS Y DISPOSITIVOS INDUSTRIALES........................................................ 197 3.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1. ........................................................................ 197 3.1.1 OBJETIVOS .................................................................................................................. 197 3.1.2 EXPOSICION ................................................................................................................ 197 3.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................. 200 3.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 201 3.1.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 201 3.1.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 203 3.1.7 ANEXOS....................................................................................................................... 204 3.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 2 ........................................................................ 205 3.2.1 OBJETIVOS .................................................................................................................. 205 3.2.2 EXPOSICION ................................................................................................................ 205 3.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 209 3.2.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 210 3.2.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 210 3.2.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 210 3.2.7 ANEXOS....................................................................................................................... 211 3.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3. ........................................................................ 214 3.3.1 OBJETIVO .................................................................................................................... 214 3.3.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 214 3.3.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTO ................................................................. 217 3.3.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 217 3.3.5 PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 218 3.3.6 CUESTIONARIO .......................................................................................................... 218 3.3.7 ANEXOS........................................................................................................................ 219 3.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 4 .......................................................................... 220 3.4.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 220 3.4.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 220

3.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 225 3.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 225 3.4.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 226 3.4.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 226 3.4.7 ANEXOS. ...................................................................................................................... 227 3.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 5. ......................................................................... 229 3.5.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 229 3.5.2 EXPOSICION................................................................................................................ 229 3.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 234 3.5.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS............................................................... 235 3.5.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 235 3.5.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 235 3.5.7 ANEXOS. ...................................................................................................................... 236 3.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 6. ........................................................................ 237 TABLEROS INDUSTRIALES DE MEDIA Y BAJA TENSION..................................................... 237 3.6.1 OBJETIVO ..................................................................................................................... 237 3.6.2 EXPOSICION................................................................................................................ 237 3.6.3 PRUEBA TERICA DE CONOCIMIENTOS ................................................................ 240 3.6.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 240 3.6.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 241 3.6.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 241 3.6.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 241 3.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7. ........................................................................ 242 3.7.1 OBJETIVOS............................................................................................................. 242 3.7.2 EXPOSICION................................................................................................................ 242 3.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 247 3.7.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 248 3.7.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 248 3.7.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 249 3.7.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 250 CAPITULO 4: PROTECCIONES Y APARATOS DE MANIOBRA DE REDES ELCTRICAS ....... 253 4.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 1. ....................................................................... 253 4.1.1 OBJETIVOS................................................................................................................. 253 4.1.2 EXPOSICION................................................................................................................ 253 4.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 267 4.1.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 267 4.1.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 267 4.1.6 CUESTIONARIO ........................................................................................................... 268 4.1.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 269 4.2 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 2. ....................................................................... 270 4.2.1 OBJETIVOS................................................................................................................... 270 4.2.2 EXPOSICION................................................................................................................ 270 4.2.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS. ............................................................... 283 4.2.4 MATERIALES Y EQUPOS REQUERIDOS.................................................................. 284 4.2.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 284 4.2.6 CUESTIONARIO .......................................................................................................... 285 4.2.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 285 4.3 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 3. ....................................................................... 286 4.3.1 OBJETIVOS.................................................................................................................. 286 4.3.2 EXPOSICION................................................................................................................ 286 4.3.3 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS. ................................................................................ 293 4.3.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................ 293 4.3.5 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 293 4.3.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 294 4.3.7 ANEXOS ....................................................................................................................... 295

4.4 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 4. ........................................................................ 296 4.4.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 296 4.4.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 296 4.4.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS............................................................... 301 4.4.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 301 4.4.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 302 4.4.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 304 4.4.7 ANEXOS...................................................................................................................... 305 4.5 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 5. ....................................................................... 306 4.5.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 306 4.5.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 306 4.5.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 314 4.5.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS ................................................................... 314 4.5.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 314 4.5.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 316 4.6.7 ANEXOS...................................................................................................................... 316 4.6 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No 6. ....................................................................... 317 4.6.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 317 4.6.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 317 4.6.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS................................................................ 330 4.6.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 331 4.6.5 PROCEDIMIENTO. ...................................................................................................... 331 4.6.6 CUESTIONARIO. ......................................................................................................... 335 4.7 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 7....................................................................... 336 4.7.1 OBJETIVOS ................................................................................................................. 336 4.7.2 EXPOSICION ............................................................................................................... 336 4.7.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS.............................................................. 342 4.7.4 MATERIALES Y EQUIPOS REQUERIDOS................................................................. 342 4.7.5 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 342 4.7.6 CUESTIONARIO. .......................................................................................................... 344 4.7.7 ANEXOS....................................................................................................................... 345 CAPITULO 5: DISEO DE MODULOS: ......................................................................................... 347 5.1 INSTALACIONES ELCTRICAS INDUSTRIALES Y PROTECCIONES Y APARATOS DE MANIOBRA DE REDES ELECTRICAS...................................................................................... 347 5.2 SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENERGA ELCTRICA Y EQUIPOS Y DISPOSITIVOS INDUSTRIALES.......................................................................................................................... 353 CONCLUSIONES............................................................................................................................ 357 REFERENCIAS............................................................................................................................... 359 BIBLIOGRAFA. .............................................................................................................................. 361

NDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Tipo de Cables .................................................................................................................. 24 Tabla 1.2 Combinaciones de Apagadores ........................................................................................ 26 Tabla 1.3 Mediciones ........................................................................................................................ 48 Tabla 1.4.Tipos de conductores elctricos y sus caractersticas...................................................... 50 Tabla 1.5 Capacidades de Conduccin de Corriente de cables de baja tensin ............................. 51 Tabla 1.6 Factores de Correccin..................................................................................................... 52 Tabla 1.7 Capacidades de Corriente en Baja Tensin ..................................................................... 52 Tabla 1.8 Factores de Correccin..................................................................................................... 53 Tabla 1.9 Nmero Mximo de Conductores Aislados en Tubera Conduit....................................... 64 Tabla 1.10 Nmero de Conductores en Tubo Conduit ..................................................................... 87 Tabla 1.11 Tensiones y Capacidades para las que se fabrican los interruptores termo magnticos ........................................................................................................................................................... 88 Tabla 1.12 Tarifa 2004 de la energa elctrica. ................................................................................ 98 Tabla 1.13 Tarifa 2005 de la energa elctrica. ................................................................................ 99 Tabla 2.1 Factores de Sobrecarga.................................................................................................. 102 Tabla 2.2 Factores de Seguridad.................................................................................................... 103 Tabla 2.3 Distancias Mnimas de Seguridad. ................................................................................. 105 Tabla 2.4 Materiales........................................................................................................................ 108 Tabla 2.5 Distancias Mnimas de Seguridad Conductores ............................................................. 112 Tabla 2.6 Distancias Seguridad Vertical en Soportes..................................................................... 113 Tabla 2.7 Placa de datos Transformador........................................................................................ 122 Tabla 2.8 Materiales Instalacin Transformador............................................................................. 124 Tabla 2.9 Valores Normalizados para Corrientes ........................................................................... 127 Tabla 2.10 Nivel bsico de Aislamiento .......................................................................................... 128 Tabla 2.11 Conexin de Transformadores ..................................................................................... 131 Tabla 2.12 Mediciones .................................................................................................................... 134 Tabla 2.13 Mediciones .................................................................................................................... 134 Tabla 2.14 Mediciones .................................................................................................................... 135 Tabla 2.15 Elementos segn Cdigo .............................................................................................. 139 Tabla 2.16 Tipos Interruptores ........................................................................................................ 141 Tabla 2.17 Tensiones Nominales para Interruptores...................................................................... 144 Tabla 2.18 Corrientes Nominales para Interruptores...................................................................... 144 Tabla 2.19 Niveles de Tensin para Interruptores.......................................................................... 145 Tabla 2.20 Tiempos de Interrupcin ............................................................................................... 146 Tabla 2.21 Mediciones .................................................................................................................... 157 Tabla 2.22 Mediciones Transformador ........................................................................................... 158 Tabla 2.23 Mediciones.....160 Tabla 2.24 Mediciones .................................................................................................................... 158 Tabla 2.25 Caractersticas .............................................................................................................. 163 Tabla 2.26 Transformadores Monofsicos ..................................................................................... 164 Tabla 2.27 Caractersticas de Transformadores............................................................................. 168 Tabla 2.28 Mediciones Transformadores........................................................................................ 170 Tabla 2.29 Mediciones en Transformadores .................................................................................. 172 Tabla 2.30 Mediciones .................................................................................................................... 175 Tabla 2.31 Voltajes Medidos........................................................................................................... 189 Tabla 2.32 Condiciones Normales de Operacin .......................................................................... 190 Tabla 3.1 Valores de Resistividad................................................................................................... 211 Tabla 3.2 Potencia Media Anual de Temperatura Ambiente .......................................................... 223 Tabla 3.3 Datos Tcnicos Transformador Pad Mounted ................................................................ 228 Tabla 3.4 Eficacia Luminosa ........................................................................................................... 250 Tabla 3.5 Equivalente de salida de luz ........................................................................................... 251

ix

Tabla 4.1 Capacidad de fusibles .................................................................................................... 269 Tabla 4.2 Mediciones a Realizar .................................................................................................... 285 Tabla 4.3 Caractersticas de Autotransformador ............................................................................ 321 Tabla 4.4 Mediciones ..................................................................................................................... 335 Tabla 4.5 Prdidas en los Conductores en Porcentajes. ............................................................... 339 Tabla 4.6 Mediciones en Motor Estndar....................................................................................... 343 Tabla 4.7 Mediciones en Motor Alta Eficiencia .............................................................................. 344 Tabla 4.8 Distribucin tpica de perdidas en los motores .............................................................. 345 Tabla 4.9 Eficiencia nominal de motores trifsicos de induccin de alta eficiencia........................ 345

x

NDICE DE FIGURAS.

Figura 1.1 Interruptor diferencial. ........................................................................................................ 6 Figura 1. 2 Interruptor diferencial con derivacin a tierra. .................................................................. 6 Figura 1. 3 Circuito equivalente que forma el cuerpo cuando toca una lnea. .................................. 8 Figura 1. 4 Circuito Cerrado con el cuerpo humano. .......................................................................... 9 Figura 1. 5 Circuito Trifsico en Conexin estrella con Neutro ........................................................ 10 Figura 1. 6 Circuito con lmpara de Nen Probador ........................................................................ 12 Figura 1. 7 Esquema elctrico para un sistema unifamiliar .............................................................. 13 Figura 2. 1 Simbologa elctrica Figura 2. 2 Smbolo del Ampermetro Figura 2. 3 Circuito bsico para medir Voltaje Figura 2. 4 Circuito en Serie para medicin Figura 2. 5 Circuito en paralelo para medicin Figura 2. 6 Circuito en paralelo con apagadores Figura 2. 7. Tomacorrientes. 16 17 18 25 25 25 27

Figura 3. 1 Tubo Conduit Metlico Rgido......................................................................................... 29 Figura 3. 2 Cambios de direccin con tubo Conduit. ........................................................................ 30 Figura 3. 3 Atornillado de caja metlica ............................................................................................ 35 Figura 3. 4 Enguiado de Cable usando punta. ................................................................................ 36 Figura 3. 5 Diagrama de Lnea Unifilar ............................................................................................. 37 Figura 3. 6 Diagrama de Alambrado con alimentacin para el Switch a Apagador ......................... 37 Figura 3. 7 Apagador de tres vas..................................................................................................... 38 Figura 3. 8 Diagrama de disposicin y alambrado de tres lmparas................................................ 39 Figura 3. 9 Instalacin Residencial Tpica Urbana ........................................................................... 40 Figura 4. 1 Alambre........................................................................................................................... 42 Figura 4. 2 Cable............................................................................................................................... 42 Figura 4. 3 Mono conductor .............................................................................................................. 43 Figura 4. 4 Multiconductor................................................................................................................. 43 Figura 5. 1 Tubo Conduit para pared delgada .................................................................................. 56 Figura 5. 2 Coraza Metlica .............................................................................................................. 57 Figura 5. 3 Registro Condulet ........................................................................................................... 58 Figura 5. 4 Ductos ............................................................................................................................. 60 Figura 5. 5 Escaleras ....................................................................................................................... 61 Figura 6. 1 Control de deflexin ........................................................................................................ 65 Figura 6. 2 Pozos de Registro........................................................................................................... 68 Figura 6. 3 Dimensiones de pozos de registro ................................................................................ 69 Figura 6. 4 Tuberas Instaladas ........................................................................................................ 71 Figura 6. 5 Posiciones de tubera en pozos de Registro .................................................................. 71 Figura 7. 1 Cyber Caf ..................................................................................................................... 78 Figura 8. 1 Tablero Principal Figura 9. 1 Medidor de Consumo elctrico Figura 9. 2 Contador analgico Figura 9. 3 Lectura de contador Figura 9. 4 Ejercicio de contadores 85 89 91 93 94

xi

Figura 9. 5 Contador residencial. Figura 9. 6 Diagrama de conexiones de un sistema elctrico residencial Figura 9. 7 Lectura de medidores Figura 10. 1 Espaciamientos Figura 10. 2 Transformadores Monofsicos Figura 10. 3 Equipos de Seguridad

95 96 97 107 110 111

Figura 11. 1 Sistemas Radiales ...................................................................................................... 116 Figura 11. 2 Sistemas Anillados...................................................................................................... 116 Figura 11. 3 Interruptor de potencia ................................................................................................ 118 Figura 11. 4 Seccionador. ............................................................................................................... 119 Figura 11. 5 Transformador Monofsico ......................................................................................... 121 Figura 11. 6 Fusible......................................................................................................................... 123 Figura 11. 7 Reconectador. ............................................................................................................. 123 Figura 12. 1 Circuito Equivalente .................................................................................................... 132 Figura 12. 2 Transformadores de Medicin .................................................................................... 136 Figura 12. 3 Transformadores de Corriente. ................................................................................... 137 Figura 12. 4 Modelo de Transformador.......................................................................................... 138 Figura 13. 1 Interruptor de Aceite.................................................................................................... 141 Figura 13. 2 Estructura de un Interruptor. ....................................................................................... 142 Figura 13. 3 Interruptor de Hexafloruro de Azufre (SF6) ................................................................. 143 Figura 13. 4 Dimensiones Interruptor Tripolar................................................................................. 150 Figura 13. 5 Estructura Interruptor Tripolar ..................................................................................... 151 Figura 13. 6 Interruptor.................................................................................................................... 152 Figura 13. 7 Transformador de Corriente........................................................................................ 152 Figura 14. 1 Razn de Transformacin........................................................................................... 154 Figura 14. 2 Transformador Monofsico ......................................................................................... 157 Figura 14. 3 Transformador Monofsico con Pararrayos................................................................ 160 Figura 14. 4 Transformador Monofsico ......................................................................................... 161 Figura 14. 5 Transformador en Poste ............................................................................................. 162 Figura 14. 6 Diferencia Angular....................................................................................................... 166 Figura 14. 7 Placa de Transformador.............................................................................................. 167 Figura 14. 8 Transformador de 10 KVA .......................................................................................... 169 Figura 14. 9 Conexin Delta-Estrella .............................................................................................. 169 Figura 14. 10 Transformador de 10 KVA ........................................................................................ 171 Figura 14. 11 Conexin Delta- Delta ............................................................................................... 171 Figura 14. 12 Transformador de 10 KVA ........................................................................................ 173 Figura 14. 13 Conexin Estrella Abierto-Delta Abierto ................................................................... 174 Figura 14. 14 Banco Trifsico Montado en Poste .......................................................................... 177

Figura 15. 1 Subestacin................................................................................................................. 179 Figura 15. 2 Subestacin con un juego de barras en anillo, con tres aparatos de corte y con paso directo. ............................................................................................................................................. 182 Figura 15. 3 Subestacin con un juego de barras en anillo, con cuatro aparatos de corte y seccionadores de seccionamiento de barras................................................................................... 182 Figura 15. 4 Esquema con un interruptor y medio por salida ........................................................ 183 Figura 15. 5 Disposicin de fases asociadas ................................................................................. 183

xii

Figura 15. 6 Disposicin de fases separadas ................................................................................. 184 Figura 15. 7 Disposicin de fases mixtas........................................................................................ 184 Figura 15. 8 Simbologa Diagramas Unifilares. .............................................................................. 188 Figura 15. 9 Subestacin Tpica Rural............................................................................................ 193 Figura 15. 10 Subestacin de Potencia .......................................................................................... 194 Figura 15. 11 Subestacin de Potencia Montserrat....................................................................... 195 Figura 15. 12 Subestacin de Potencia Montserrat....................................................................... 195 Figura 16. 1 Desconectador de Operacin ..................................................................................... 202 Figura 16. 2 Seguridad Personal .................................................................................................... 204 Figura 16. 3 Sealizacin de Riesgo .............................................................................................. 204 Figura 17. 1 Medicin de Tierras .................................................................................................... 207 Figura 17. 2 Material para Tratado de Tierras ................................................................................ 209 Figura 17. 3 Molde de Soldadura................................................................................................... 213 Figura 17. 4 Soldadura ya Terminada............................................................................................. 213 Figura 18. 1 Subestacin en Poste ................................................................................................ 216 Figura 18. 2 Subestacin en Poste ................................................................................................ 219 Figura 18. 3 Estructura en H ........................................................................................................... 219 Figura 19. 1 Capacidad de Sobrecarga ......................................................................................... 222 Figura 19. 2 Transformador Seco ................................................................................................... 223 Figura 19. 3 Partes de un Transformador tipo Pad Mounted ......................................................... 225 Figura 19. 4 Transformador Pad Mounted...................................................................................... 227 Figura 19. 5 Placa de Transformador Pad Mounted....................................................................... 227 Figura 19. 6 Parte Interna Transformador Pad Mounted ................................................................ 228 Figura 20. 1 Diagrama Unifilar Planta de Emergencia.................................................................... 234 Figura 20. 2 Diagrama de Bloques Sistema Elctrico ................................................................... 236 Figura 20. 3 Planta de Emergencia................................................................................................. 236 Figura 21. 1 Tableros ...................................................................................................................... 238 Figura 21. 2 Tablero ........................................................................................................................ 238 Figura 21. 3 Tablero Distribucin .................................................................................................... 239 Figura 21. 4 Tablero de Control ...................................................................................................... 240 Figura 22. 1 Esquema de conexiones............................................................................................. 243 Figura 22. 2 Lmpara Compacta .................................................................................................... 246 Figura 22. 3 Lmpara con Balasto. ................................................................................................. 249 Figura 22. 4 Lmpara Fluorescente ................................................................................................ 250 Figura 23. 1 Fusibles....................................................................................................................... 255 Figura 23. 2 Curva Intensidad Nominal.......................................................................................... 258 Figura 23. 3 Fusibles Diazed ......................................................................................................... 259 Figura 23. 4 Fusibles Cartucho ...................................................................................................... 260 Figura 23. 5 Casquillos ................................................................................................................... 260 Figura 23. 6 Cartuchos.................................................................................................................... 261 Figura 23. 7 Pinzas ......................................................................................................................... 261 Figura 23. 8 Tipos de Cartuchos..................................................................................................... 262

xiii

Figura 23. 9 Interruptor MCCB ........................................................................................................ 263 Figura 23. 10 Corriente en Arranque.............................................................................................. 266 Figura 23. 11 Interruptor MCCB ...................................................................................................... 268 Figura 24. 1 Rel Trmico ............................................................................................................... 271 Figura 24. 2 Disparo por Fallo de Fase........................................................................................... 272 Figura 24. 3 Curva Caracterstica de un rel ................................................................................. 273 Figura 24. 4 Curva Caracterstica Rel Electrnico ........................................................................ 274 Figura 24. 5 PTC ............................................................................................................................. 275 Figura 24. 6 Curva Tpica de un Termistor...................................................................................... 276 Figura 24. 7 Curva Corriente-Tiempo.............................................................................................. 277 Figura 24. 8 Termistores NTC ........................................................................................................ 278 Figura 24. 9 Curva de Resistores segn Temperatura. ................................................................. 280 Figura 24. 10 Curva Intensidad ....................................................................................................... 281 Figura 24. 11 Curva proteccin de Motores .................................................................................... 282 Figura 24. 12 Termistor en el Bobinado del Motor.......................................................................... 283 Figura 24. 13 Diagrama de arranque motor trifsico. .................................................................... 284 Figura 24. 14 Rel Trmico ............................................................................................................. 285 Figura 25. 1 Motor Elctrico. ........................................................................................................... 288 Figura 25. 2 Conexin Delta 6 Puntas ............................................................................................ 289 Figura 25. 3 Conexin Delta 9 Puntas ............................................................................................ 290 Figura 25. 4 Conexin Estrella 6 Puntas......................................................................................... 290 Figura 25. 5 Conexin Estrella 9 Puntas......................................................................................... 291 Figura 25. 6 Conexin de Motores con 6 puntas ........................................................................... 291 Figura 25. 7 Conexin de Motores con 9 Puntas........................................................................... 292 Figura 25. 8 Partes de un Motor..................................................................................................... 295 Figura 26. 1 Figura 26. 2 Figura 26. 3 Figura 26. 4 Motor Elctrico ........................................................................................................... 302 Motor Elctrico Desarmado........................................................................................ 304 Multmetro .................................................................................................................. 305 Growler...................................................................................................................... 305

Figura 27.1 Anillos del Rotor .......................................................................................................... 306 Figura 27. 2 Falso Contacto Severo............................................................................................... 308 Figura 27. 3 Excentricidad Esttica................................................................................................ 313 Figura 27. 4 Excentricidad Dinmica.............................................................................................. 313 Figura 27. 5 Arranque Directo ........................................................................................................ 315 Figura 27. 6 Ensayos Generales..................................................................................................... 316 Figura 28. 1 Conexin Motor Asncrono Trifsico .......................................................................... 319 Figura 28. 2 Curva Arranque Directo .............................................................................................. 319 Figura 28. 3 Arranque Directo ........................................................................................................ 320 Figura 28. 4 Parmetros de Motor con Arranque Tipo Autotransformador.................................... 322 Figura 28. 5 Conexin Estrella-Tringulo....................................................................................... 324 Figura 28. 6 Arrancador Estrella-Delta........................................................................................... 325 Figura 28. 7 Curvas Comparativas entre Conexin Estrella y Delta.............................................. 326 Figura 28. 8 Curva Tipos de Arranque ........................................................................................... 327 Figura 28. 9 Curva Arranque Suave............................................................................................... 327 Figura 28. 10 Arranque a travs de una Rampa de Voltaje........................................................... 328 Figura 28. 11 Arranque con Limitacin de Corriente ..................................................................... 329 Figura 28. 12 Curvas de Paro de un Arrancador Suave ................................................................ 330

xiv

Figura 28. 13 Arranque por Autotransformador ............................................................................. 332 Figura 28. 14 Esquema de Control ................................................................................................ 333 Figura 28. 15 Arranque Directo...................................................................................................... 334 Figura 29. 1Diagrama de Arranque Directo .................................................................................... 343 Figura 30. 1 Figura 30. 2 Figura 30. 3 Figura 30. 4 Figura 30. 5 Figura 30. 6 Figura 30. 7 Figura 30. 8 Vista Frontal............................................................................................................... 347 Vista Lateral mdulo. ................................................................................................. 348 Vista superior mdulo. ............................................................................................... 348 Mdulo Completo....................................................................................................... 349 Acabado final mdulo. ............................................................................................... 350 Mdulo con gavetas.................................................................................................. 351 Riel. ............................................................................................................................ 352 Mdulo con rieles....................................................................................................... 352

Figura 31. 1 Diseo de mdulo. ...................................................................................................... 354

xv

xvi

SIGLAS

NEC Rn: Id: Pe: Ru: Ic: AWG: fem : PVC SIGET: BIL: AAC: ACSR : NBI: NBS: VAR: NOM: CFE: IEEE:

National Electrical Code. Tierra del neutro. Corriente de falla. conductor de proteccin. Tierra de utilizacin. Corriente en el cuerpo. American Wire Gauge Fuerza electromotriz.. Cloruro de polivinilo Superintendencia general de electricidad y telecomunicaciones. Nivel bsica de Aislamiento Conductor todo de aluminio. Conductor de aluminio con alma de acero.. Nivel bsico de asilamiento al impulso. Nivel bsico de aislamiento al impulso por maniobra de interruptores. .Voltios, amperios, reactivos. Norma Oficial mexicana. Comisin federal de electricidad. Instituto de ingenieros electrnicos y electricistas

xvii

xviii

PRLOGO. En el presente trabajo se desarrolla un modelo innovador de respaldo a la metodologa de enseanza tradicional en las materias impartidas en el rea de Potencia, se busca la optimizacin de los conocimientos tcnicos por medio de la implementacin de la teora bsica a la prctica a travs de la creacin de Laboratorios que cuenten con los recursos tecnolgicos ms avanzados y que actualmente son utilizados en Instalaciones Elctricas reales. Lo anterior se llevar a cabo mediante la creacin de un Manual de Laboratorio que cubra las materias impartidas en el rea de potencia y que cuente con los estndares de calidad que el propio medio laboral y ms especficamente industrial exige, por lo tanto la informacin ah recolectada estar basada en conocimiento previo y personal de los autores de dicha Tesis al ser participantes activos del Mercado Laboral actual. Adems, en busca de una optimizacin completa de los conocimientos terico-prcticos, se disearn y entregarn los modelos fsicos con que dichos Laboratorios tcnicos deben contar. El documento consta de cinco captulos, en los cules se presentan distribuidos por materias, toda la informacin terica y prctica elaborada en formato de guas de trabajo orientadas a la mxima comprensin del interesado; y por ltimo se presenta el captulo cinco en donde aparecen los diseos de montaje e instalacin del equipo fsico en el rea designada para cada Laboratorio, as como los planos de los mdulos de trabajo. En el captulo uno, se desarrollan todas las guas de trabajo para la materia de Instalaciones Elctricas Industriales. Dando al estudiante la informacin de normas de seguridad, elementos de una instalacin elctrica y diseo de la misma. En el captulo dos, se desarrollan todas las guas de trabajo para la materia de Sistemas de Distribucin de Energa. Proporcionando conceptos bsicos utilizados, entre los cuales se encuentran: voltajes de generacin, distribucin, transmisin y normas de diseo de lneas de transmisin. En el captulo tres, se desarrollan todas las guas de trabajo para la materia de Equipos y Dispositivos Industriales. Se exponen los fundamentos para el diseo y montaje de tableros elctricos, redes de tierra y subestaciones. En el captulo cuatro, se desarrollan todas las guas de trabajo para la materia de Protecciones y Aparatos de Maniobra; en las cuales se desarrollan los siguientes temas: fusibles, rels, guardamotores, arranque de motores y nociones bsicas de mantenimiento preventivo y correctivo de motores. En capitulo 5, se desarrollan los modelos fsicos de los mdulos de trabajo a utilizarse en cada uno de los Laboratorios diseados para las Materias del rea de Potencia.

xix

xx

CAPTULO 1: INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES. 1.1 EXPERIMENTO DE LABORATORIO No. 1. NORMAS DE SEGURIDAD ELECTRICA Y HERRAMIENTAS.

1.1.1 OBJETIVOS Aprender las reglas fundamentales de seguridad a seguir a la hora de realizar instalaciones elctricas. Conocer las herramientas ms adecuadas a utilizar al momento de realizar una instalacin elctrica manteniendo las normas de seguridad.

1.1.2 EXPOSICION A ESTUDIANTES, INSTRUCTORES Y MAESTROS: Cuando se est trabajando con electricidad o equipos mecnicos se deben seguir ciertas normas para no poner en riesgo nuestra seguridad y la de las personas que nos rodean y colaboran con la labor que se est realizando. Antes que nada se debe contar con un BOTIQUIN DE PRIMEROS AUXILIOS y absolutamente todos los usuarios de ese laboratorio deben conocer el lugar en que se encuentra. Se debe insistir a los estudiantes que en cualquier situacin anmala que se presente en sus prcticas y que pueda poner en riesgo el bienestar del grupo sea notificado con prontitud al maestro o instructor, ya que el est capacitado para dar una solucin que garantice el buen funcionamiento del equipo y la seguridad fsica y psicolgica de los estudiantes. Mientras el estudiante siga las instrucciones expuestas por su maestro o instructor no correr peligro durante la realizacin de su prctica. Cada ao numerosas personas sufren choques elctricos que pueden ser inclusive fatales. La corriente elctrica puede causar serios daos fsicos an en cantidades de milsimas de amperios. Es absolutamente necesario que cualquier persona que trabaje con electricidad aplique estrictamente las normas de seguridad. La electricidad puede ser peligrosa o incluso fatal para quienes no entienden o no practican las reglas bsicas de seguridad. Se registran muchos accidentes fatales con electricidad, entre personas bien preparadas que, por un exceso de confianza o descuido violan las reglas fundamentales de seguridad personal.

1

En todo el mundo han ocurrido accidentes que pueden ir desde prdidas econmicas hasta tragedias personales por el uso incorrecto de las herramientas destinadas para la elaboracin de instalaciones elctricas. Como futuro ingeniero debe saber que la principal regla de seguridad personal a cumplir a la hora de trabajar con electricidad es pensar primero. Como sealan las estadsticas de diversos Cuerpos de Bomberos, las instalaciones elctricas inadecuadas aparecen entre las principales causas de incendios en el mundo entero. Por eso, nunca estar de ms afirmar que la estructura de los sistemas elctricos merece ser cuidadosamente observada y comprendida, a fin de minimizar riesgos y economizar energa que se traduce en menos costos variables dentro de su empresa. Los riesgos representados por la electricidad son de diversos tipos. Entre ellos merecen citarse: a) Descarga a travs de un ser humano. b) Causa de un incendio o explosin.

RIESGOS DE LA ELECTRICIDAD

Riesgos de incendios por causas elctricas Los incendios provocados por causas elctricas son muy frecuentes. Ellos ocurren por: Sobrecalentamiento de cables o equipos bajo tensin debido a sobrecarga de los conductores. Sobrecalentamiento debido a fallas en termostatos o fallas en equipos de corte de temperatura. Fugas debidas a fallas de aislamiento. Auto ignicin debida a sobrecalentamiento de materiales inflamables ubicados demasiado cerca o dentro de equipos bajo tensin, cuando en operacin normal pueden llegar a estar calientes. Ignicin de materiales inflamables por chispas o arco.

Shock Elctrico Un shock elctrico puede causar desde una sensacin de cosquilleo hasta un desagradable estmulo doloroso resultado en una prdida total del control muscular y llegar a la muerte.

2

La proteccin contra el shock elctrico se consigue usando: Equipos de maniobra con baja tensin. La doble aislacin o la construccin aislada Las conexiones a tierra y la proteccin por equipos de desconexin automtica La separacin elctrica entre las fuentes y la tierra.

Frecuentemente se usan adaptadores de enchufes. Tenga siempre en cuenta que cuando se usan estos aditamentos Puede desconectarse la tierra del equipo que est usando.

Control de los riesgos elctricos Los factores principales a considerar son: El diseo seguro de las instalaciones. El diseo y construccin de los equipos de acuerdo a normas adecuadas. La autorizacin de uso despus que se ha comprobado que es seguro. El mantenimiento correcto y reparaciones. Las modificaciones que se efecten se realicen segn normas.

Las precauciones generales contra el shock elctrico son: Seleccin del equipo apropiado y el ambiente adecuado. Buenas prcticas de instalacin. Mantenimiento programado y regular del equipo instalado. Uso de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

A) Descarga a travs de un ser humano: Si un individuo no aislado toca uno de los polos de un conductor la electricidad se descargar a tierra a travs de su cuerpo. En cambio, si el contacto de realiza simultneamente con los dos polos del conductor, el cuerpo del individuo servir para cerrar el circuito. La magnitud del dao producido por una descarga elctrica depende de la intensidad de la corriente (Amperaje), de la duracin de la misma y de la trayectoria recorrida en el cuerpo del sujeto. Dado que en el momento de la descarga elctrica el individuo pasa a formar parte del circuito hay que tener en cuenta otros factores tales como su mayor o menor conductividad, por

3

ejemplo, el estado de humedad de la piel influye, ya que si sta est mojada disminuye su resistencia al paso de la corriente, es decir que el sujeto se vuelve mejor conductor. El peligro de muerte es mayor cuando la corriente elctrica atraviesa rganos vitales en su paso por el individuo: corazn (fibrilacin), pulmones, sistema nervioso (paro respiratorio).

B) Causa de un incendio o explosin: Se ha visto que uno de los fenmenos que acompaa el paso de corriente a travs de un conductor es la produccin de calor (efecto Joule), que es mayor cuanto ms grande sea la resistencia del conductor y/o la corriente elctrica. Si este fenmeno se produce en instalaciones elctricas de gran resistencia, es particularmente peligroso si estn presentes en la misma zona materiales fcilmente inflamables.

NORMAS BASICAS DE SEGURIDAD Las normas bsicas de seguridad son un conjunto de medidas destinadas a proteger la salud de todos, prevenir accidentes y promover el cuidado del material de los laboratorios. Son un conjunto de prcticas de sentido comn: el elemento clave es la actitud responsable y la concientizacin de todos: personal y alumnado.

RESPTELAS Y HGALAS RESPETAR.

Se deber conocer la ubicacin de los elementos de seguridad en el lugar de trabajo, tales como: extintores, salidas de emergencia, accionamiento de alarmas, etc. Observar de qu tipo (A, B o C) es cada extintor ubicado en el departamento de Ciencias Energticas y Fludicas, y verificar qu material combustible -papel, madera, pintura, material elctrico- se puede apagar con l. Por ejemplo, nunca usar un extintor tipo A (slo A) para apagar fuego provocado por un cortocircuito. Extintor Tipo A: Sirven para fuego de materiales combustibles slidos (madera, papel, tela, etc.) Extintor Tipo B: Para fuego de materiales combustibles lquidos (nafta, kerosene, etc.). Extintor Tipo C: Para fuegos en equipos elctricos (artefactos, tableros, etc.). Existen extintores que sirven para los tres tipos de fuegos. Generalmente son de polvo. En caso de un fuego de tipo C, si se corta la corriente elctrica se transforma en uno de tipo A. El agua en general apaga fuegos de tipo A. La arena sirve para apagar fuegos de tipo B.

4

Precauciones necesarias: No se deben bloquear las rutas de escape o pasillos con equipos, mesas, mquinas u otros elementos que entorpezcan la correcta circulacin. Es indispensable recalcar la prudencia y el cuidado con que se debe manipular todo aparato que funcione con corriente elctrica. Nunca debe tocar un artefacto elctrico si usted est mojado o descalzo. No se permitirn instalaciones elctricas precarias o provisorias. Se dar aviso inmediato al encargado de laboratorio en caso de filtraciones o goteras que puedan afectar las instalaciones o equipos y puedan provocar incendios por cortocircuitos. Es imprescindible mantener el orden y la limpieza. Cada persona es responsable directa del lugar donde est trabajando y de todos los lugares comunes. Todo material corrosivo, txico, inflamable, oxidante, radiactivo, explosivo o nocivo deber estar adecuadamente etiquetado.

La corriente elctrica como factor de accidentes y lesiones Es imprescindible la concientizacin del riesgo que engendra la corriente elctrica. Ya que si bien no es la mayor fuente de accidentes, se trata generalmente de accidentes graves, en muchos casos mortales. Para evitar accidentes y proteger a los usuarios, se utilizan dispositivos de seguridad, entre los cuales podemos mencionar el interruptor diferencial. Para la seleccin de ste deben tomarse en cuenta las disposiciones descritas en los artculos 240-8 y 240-14 del NEC.

Dispositivos de desconexin automtica. Interruptor diferencial:

Un interruptor diferencial, tambin llamado disyuntor por corriente diferencial o residual, es un dispositivo electromecnico que se coloca en las instalaciones elctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos. En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con los conductores de alimentacin de corriente y que producen campos magnticos opuestos y un ncleo o armadura que mediante un dispositivo mecnico adecuado puede accionar unos contactos.

5

Figura 1.1 Interruptor diferencial.

Figura 1. 2 Interruptor diferencial con derivacin a tierra. Si nos fijamos en la Figura 1.1, vemos que la intensidad (I1) que circula entre el punto a y la carga debe ser igual a la (I2) que circula entre la carga y el punto b (I1 = I2) y por tanto los campos magnticos creados por ambas bobinas son iguales y opuestos, por lo que la resultante de ambos es nula. ste es el estado normal del circuito. Si ahora nos fijamos en la Figura 1.2, vemos que la carga presenta una derivacin a tierra por la que circula una corriente de fuga (If), por lo que ahora I2 = I1 - If y por tanto menor que I1. Es aqu donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir electrocuciones, actuando bajo la presuncin de que la corriente de fuga circula a travs de una persona que est conectada a tierra y que ha entrado en contacto con un componente elctrico del circuito.

6

La diferencia entre las dos corrientes es la que produce un campo magntico resultante, que no es nulo y que por tanto producir una atraccin sobre el ncleo N, desplazndolo de su posicin de equilibrio, provocando la apertura de los contactos C1 y C2 e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se rearme manualmente el dispositivo una vez se haya corregido la avera o el peligro de electrocucin. Aunque existen interruptores para distintas intensidades de actuacin, el Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin exige que en las instalaciones domsticas se instalan normalmente interruptores diferenciales que acten con una corriente de fuga mxima de 30 mA y un tiempo de respuesta de 50 ms, lo cual garantiza una proteccin adecuada para las personas y cosas. Se dice que se considera un interruptor diferencial de alta sensibilidad cuando el valor de la corriente es igual o inferior a 30 miliamperios. 1.1.3 PRUEBA TEORICA DE CONOCIMIENTOS Enuncie 5 normas de seguridad que deben seguirse a la hora de hacer una instalacin elctrica. Cules son los riesgos que representa la electricidad si no se le usa adecuadamente? Cul es la principal regla de seguridad personal? Explique qu podra pasar si quita la punta de tierra de un enchufe de entrada de tres alambres. Al entrar en una zona industrial. Cul es el equipo que por normas de seguridad debe usar? Puede confiar su vida a los dispositivos de seguridad tales como fusibles, relevadores y sistemas de cierre? Explique. 1.1.4 MATERIALES Y EQUIPO REQUERIDOS 1 Interruptor diferencial de sensibilidad 500 mA. 1 Portalmparas. 1 Lmpara de 150 W a 220 V. Cable elctrico tipo AWG nmero 12 1 Ampermetro. 1 Voltmetro. 1 Wattmetro. 1 Clamper. Tubo Conduit de plg.

7

1.1.5 PROCEDIMIENTO En los siguientes casos se pone a prueba la seguridad personal. Todos ellos representan situaciones en las cuales, si no se toman en cuenta las normas de seguridad, sin lugar a duda nos enfrentaremos en algn momento de nuestra vida. El instructor debe explicar cada una de las situaciones haciendo nfasis en cual norma de seguridad est siendo irrespetada, al mismo tiempo realizar preguntas acerca de lo expuesto para identificar la comprensin por parte del alumno.

PARTE A. CONOCIMIENTO TEORICO.

CASOS EN QUE SE PONE A PRUEBA LA SEGURIDAD. En la siguiente figura: Ri representa la resistencia de distintas partes del cuerpo humano, Zp es la impedancia de contacto entre la mano y el conductor energizado, que elctricamente equivale a un circuito formado por un condensador y una resistencia en paralelo.

Figura 1. 3 Circuito equivalente que forma el cuerpo cuando toca una lnea.

8

Preguntas de comprensin: Cul es la resistencia del cuerpo humano? Qu valor de corriente puede ser fatal, si la piel se encuentra hmeda? Explicar por qu razn la impedancia entre la mano y el conductor energizado elctricamente equivale a un circuito formado por un condensador en paralelo a una resistencia. En caso de falla, el suelo es un conductor sobre una malla que permite el paso de la corriente Ic, esta corriente circula por el cuerpo de la persona hacia tierra. Qu la limita? A cuntos volts, hay peligro de electrocucin en este caso?

Figura 1. 4 Circuito Cerrado con el cuerpo humano. Rn= Tierra del neutro. Ru= Tierra de utilizacin. Id= Corriente de falla. Ic= Corriente en el cuerpo. Pe= Conductor de proteccin.

9

La corriente en el cuerpo (Ic) es funcin de la tensin de contacto (Vc) y de la resistencia del cuerpo (Rc), como se muestra en la figura anterior.

PARTE B. REALIZACION PRCTICA. Para la realizacin del siguiente circuito. Suponga: Una casa individual, la cual es alimentada por un circuito trifsico en conexin estrella con neutro (4 hilos), se usa como dispositivo de interrupcin para la proteccin contra contactos directos e indirectos un interruptor diferencial de sensibilidad