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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unida Profesional “Adolfo López Mateos” “PROPUESTA PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN EL LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES DEL CECyT WILFRIDO MASSIEU” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA P R E S E N T A N Romero Anaya Juan Francisco Vázquez Curiel Miguel Angel Villa Aguilar Juan Manuel Diciembre 2010 A S E S O R E S S Ing. Rubén Navarro Bustos M. en C. Erika Virginia De Lucio Rodríguez

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unida Profesional “Adolfo López Mateos”

“PROPUESTA PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN EL LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES DEL CECyT WILFRIDO MASSIEU”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO

DE

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A N

Romero Anaya Juan Francisco

Vázquez Curiel Miguel Angel

Villa Aguilar Juan Manuel

Diciembre 2010

A S E S O R E S

S

Ing. Rubén Navarro Bustos

M. en C. Erika Virginia De Lucio Rodríguez

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AGRADECIMIENTO.

Primero que nada gracias a Dios por concebirles a mis padres la dicha de traerme a este mundo, un ser humano capaz y completo, gracias a eso estoy aquí, aprendiendo de mis triunfos y fracasos, formándome día con día para llevar a cabo cualquier actividad, con esfuerzo, trabajo y dedicación, obteniendo resultados satisfactorios.

Gracias a todas y cada una de las personas que brindaron su apoyo total, así como profesores y amigos, sobre todo a ti familia que eres el motivo para esforzarse cada vez más, son parte primordial de la formación de esta etapa de la vida, a través de las vivencias que esta da se valora cada momento, ya sea bueno o malo, ya que siempre deja algo que aprender.

A mis asesores, M. en C. Erika de Lucio Rodríguez y el Ing. Rubén Navarro Bustos, por su paciencia, su regaños y llamados de atención, todo con el fin de orientar el camino para este proyecto de tesis.

A esta gloriosa Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (E.S.I.M.E) que me lo alojo y resguardo en sus aulas llenas de historias de esfuerzo y dedicación, durante cuatro años y medio.

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“Indice”

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Resumen

Glosario

Nomenclatura

Problemática

Justificación

Objetivos

Capítulo 1: Marco conceptual 1

1.1.- Instalaciones Eléctricas Industriales 3

1.1.1 Análisis de los sistemas eléctricos 3

1.1.2 Objetivos de una instalación eléctrica 4

1.2.-Subestación eléctrica 5

1.2.1 Elementos de una subestación eléctrica 8

1.3.- Instalaciones eléctricas para fuerza y alumbrado 13

1.3.1 Elementos principales en la instalación eléctrica 13

1.4.-Dispositivos y requerimientos para la protección de Sistemas Eléctricos 22

1.4.1 Corriente nominal de los motores de Inducción 23

1.4.2.-Protección de motores eléctricos 24

1.4.3-Dispositivos de protección contra sobrecorrientes 25

1.5.- Elementos en la instalación eléctrica de motores 26

1.6.- Introducción al proyecto de una Instalación de alumbrado 31

1.6.1 Clasificación del alumbrado 33

1.6.2.-Elección de las fuentes de luz 36

1.6.3 Elección de equipo 36

1.7.-Alumbrado general para áreas industriales 37

1.7.1 Análisis de la tarea visual 38

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1.7.2 Selección del equipo en áreas industriales 38

1.7.2.1Alumbrado suplementario para áreas industriales 40

1.7.3.-Diseños de luminarias 41

1.8.-Puesta a tierra 43

1.8.1 Efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano 43

1.8.2.- Elementos principales de un sistema de tierra 46

Capítulo 2: Análisis, evaluación y diagnóstico de la situación actual del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 49 2.1 Análisis físico del lugar 50

2.1.1 Descripción de los equipos del laboratorio 52

2.1.1.1 Tornos 54

2.1.1.2 Esmeriles 57

2.1.1.3 Pantógrafos 58

2.1.1.4 Cortadora 59

2.1.1.5 Taladro de pedestal 59

2.1.1.6 Fresadoras 60

2.2 Instalación eléctrica 62

2.2.1 Sistema de alumbrado 62

2.2.2 Canalizaciones y Cableado 65

2.2.3 Sistemas de protección contra corto circuito 66

2.3 Subestación 67

2.3.1 Transformador 68

2.3.2 Protección de alta tensión del transformador 68

2.3.3 Protección de baja tensión del transformador 69

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2.3.4 Tablero de distribución 69

2.3.5 Sistema de puesta a tierra de la subestación 69

2.4 Diagnóstico de la situación actual del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 70

2.5 Propuesta de solución 72

Capítulo III: Aplicación de la propuesta de solución 73

3.1 Sistema de alumbrado 74

3.1.1 Cálculo de lámparas de mercurio para área de tornos 76

3.1.2 Cálculo de lámparas de mercurio para área de esmeriles, pantógrafos, cortadora, taladro y fresadoras 77

3.1.3 Cálculo de las lámparas fluorescentes 79

3.2 Sistema de fuerza 81

3.3 Sistemas de arranque de la maquinaria. 82

3.3.1 Sistema de control para el arranque de fresadoras, pantógrafos, esmeriles, cortadora y taladro 82

3.3.2 Sistema de control para tornos 84

3.3.2.1 Características del Controlador Lógico Programable (PLC) 84

3.3.2.2 Instalación del Controlador Lógico Programable (PLC) FC 21 87

3.3.3 Control de arranque para los tornos 88

3.3.3.1 Codificación del Controlador Lógico Programable (PLC) FC 21 90

3.3.3.2 Conexión del Controlador Lógico Programable (PLC) FC 21 91

3.3.3.3 Programación del Controlador FC 21 93

3.4 Sistema de puesta a tierra de la subestación 99

3.4.1 Cálculo de la corriente de corto circuito del transformador 100

3.4.2 Cálculo del tamaño del conductor de puesta a tierra de la subestación 100

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3.4.3 Cálculo del Número de electrodos 102

3.4.4 Diseño del sistema de puesta a tierra con el programa CYMGrd 104

3.4.4.1 Resultados del sistema de puesta a tierra propuesto 110

3.4.4.1.1 Reporte de análisis de suelo 110

3.4.4.1.2 Reporte del diagrama de contorno de potencial 112

Capítulo IV: Costo del proyecto 114

4.1 Presupuesto de mano de obra 115

Capitulo V: Conclusión 123

Anexos.

Anexo 1

A.1 Diagrama unifilar actual del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 125

Anexo 2

A.2 Memoria de Cálculo 127

Anexo 3

A.3 Diagrama unifilar propuesto para el laboratorio de procesos industriales 157

Referencias 161

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ÍNDICE DE TABLAS

Capítulo I

Tabla 1.1 Tipos de sobres tensiones 10

Capítulo II

Tabla 2.1 Cantidad de maquinas en el laboratorio 52

Tabla 2.2 Datos de placa de tornos 54

Tabla 2.3 Condiciones actuales de los tornos 54

Tabla 2.4 Datos de placa de esmeriles 57

Tabla 2.5 Condiciones actuales de los esmeriles 57

Tabla 2.6 Datos de placa de los pantógrafos 58

Tabla 2.7 Condiciones actuales de los pantógrafos 58

Tabla 2.8 Datos de placa de cortadora. 59

Tabla 2.9 Condiciones actuales de la cortadora 59

Tabla 2.10 Datos de placa de cortadora. 59

Tabla 2.11 Condición actual del taladro 60

Tabla 2.12 Datos de placa de las fresadoras 60

Tabla 2.13 Condiciones actuales de las fresadoras 60

Tabla 2.14 Medición de nivel de iluminación 64

Tabla 2.15 Características de los centros de carga de los tornos 66

Tabla 2.16 Datos de placa del transformador 68

Tabla 2.17 Características adicionales del transformador 68

Tabla 2.18 Capacidad del fusible de alta tensión del transformador 68

Tabla 2.19 Capacidad del interruptor de baja tensión del transformador 69

Tabla 2.20 Capacidad del tablero de distribución 69

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Capítulo III

Tabla 3.1 Elementos de entrada del PLC 82

Tabla 3.2 Elementos de salida del PLC 86

Tabla 3.3 Comandos para la programación del FC 21 90

Tabla 3.4 Operadores para programar el FC 21 91

Tabla 3.5 Nomenclatura del primer elemento de entrada 96

Tabla 3.6 Nomenclatura del elemento de salida 98

Tabla 3.7 Constantes del cobre recocido 101

Tabla 3.8 Reporte del análisis de suelo 110

Tabla 3.9 Reporte del análisis de malla 111

Tabla 3.10 Reporte del diagrama de potencial 112

Capítulo IV

Tabla 4.1 Actividades a realizar para la nueva instalación del laboratorio de procesos industriales y subestación. 115

Tabla 4.2 Requerimientos del personal a emplear . para ejecución de actividades 117

Tabla 4.3 Tiempos para las actividades y tiempos por trabajador 118

Tabla 4.4 costos para la mano de obra de la instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales 121

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ÍNDICE DE FIGURAS

Capítulo I

Figura 1.1 Subestación elevadora 5

Figura 1.2 Subestación Reductora 6

Figura 1.3 Subestación de enlace 6

Figura 1.4 Subestación en anillo 7

Figura 1.5 Subestación radial 7

Figura.1.6 Transformador se muestra el lado primario y secundario 8

Figura. 1.7 Conductores de cobre 13

Figura.1.8. Tubos conduit 15

Figura 1.9. Ductos para conductores eléctricos 17

Figura. 1.10 Charola tipo escalera 18

Figura. 1.11 Condulets ovalado y redondo 19

Figura. 1.12 caja de conexión 19

Figura 1.13 Centros de carga 20

Figura 1.14 Elementos principales en la instalación de motores 26

Figura.1.15. Luminaria en forma directa 32

Figura 1.16 Distribuciones típicas de luminarias para alumbrado general 33

Figura. 1.17 Espacio entre luminarias 34

Figura 1.18 Alumbrado suplementario en el área de trabajo 35

Figura 1.19. Luminaria, a) abierta o ventilada, b) cerrada o no ventilada 41

Figura1.20 Circuitos de toque y paso 45

Figura. 1.21 Tipos de electrodos más usuales 46

Figura. 1.22 Medición de la resistencia del suelo 47

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Capítulo II

Figura 2.1 Plano de conjunto del CECyT 11 50

Figura 2.2 Plano del área de laboratorios y talleres 51

Figura 2.3: Distribución de cada uno de los equipos en el laboratorio de

Procesos Industriales del CECyT 11 53

Figura 2.4: Iluminación inutilizada 62

Figura 2.5: Control de los luminarios 63

Figura 2.6 Medición intensidad de iluminación 63

Figura 2.7 Curva Isolux 64

Figura 2.8. Aislamientos deteriorados y cables expuestos 65

Figura 2.9 Instalación errónea y mala colocación de canalización 65

Figura 2.10 Interruptor de 3X100 Amperes 66

Figura 2.11 Interruptor General de 400 Amperes 67

Figura 2.12 Distribución de la red de tierra actual 70

Figura 2.13 Discontinuidad de la canalización y conductores 71

Capítulo III

Figura 3.1 Distribución de los luminarios de mercurio 78

Figura 3.2 Distribución de las lámparas fluorescentes 80

Figura 3.3 Diagrama de fuerza para el control de arranque de las máquinas 82

Figura 3.4 Diagrama de control de las máquinas 83

Figura 3.5 Vista superior del Controlador Lógico Programable (PLC 84

Figura 3.6 Componentes de entrada del FEC 21 85

Figura 3.7 Componentes de salida del FEC 21 86

Figura 3.8 Diagrama de fuerza para cada uno de los tornos 88

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Figura 3.9 Diagrama de control para cada uno de los tornos 89

Figura 3.10 Conexión del FC 21 y el ordenador 92

Figura 3.11 Conexión del FC 21 en serie 92

Figura 3.12 Diagrama a bloques de Programación del Controlador Lógico Programable. 93 Figura 3.13 Icono del Programa FST4 94

Figura 3.14 Creación del nuevo proyecto del Programa FST4 94

Figura 3.15 Datos del controlador a usar en el programa FST4 95

Figura 3.16 Nombrando el nuevo programa 95

Figura 3.17 Primera línea del código 96

Figura 3.18 Direccionamiento del botón de arranque 97

Figura 3.19 Segunda línea del código 97

Figura 3.20 Direccionamiento del elemento de salida 97

Figura 3.21 Tercera línea del código 98

Figura 3.22 Vista final del programa 98

Figura 3.23 Compilación del programa 99

Figura 3.24 Diagrama a bloques de la configuración del sistema de puesta a tierra en el CYM-Grd 104 Figura 3.25 Icono del programa CYM-Grd 104

Figura 3.26 Pantalla de inicio del programa CYM-Grd 105

Figura 3.27 Creación del nuevo proyecto en CYM-Grd 105

Figura 3.28 Parámetros de la barra 106

Figura 3.29 Selección del conductor para la malla 107

Figura 3.30 Parámetros de conductores Simétricos 107

Figura 3.31 Conductor de la malla propuesta 108

Figura 3.32 Parámetros y distribución de los electrodos 108

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Figura 3.33 Sistema de puesta a tierra propuesta para la subestación 109

Figura 3.34 Reticulado de la malla 111

Figura 3.35 Diagrama de contorno de potencial 113

Capítulo IV

Figura 4.1 Distribución de actividades 116

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RESUMEN

En el presente proyecto de tesis se propone la optimización del sistema eléctrico en el laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 “Wilfrido Massieu Pérez”.

Las instalaciones eléctricas del laboratorio se encuentran deterioradas, provocando accidentes a los usuarios dentro de las instalaciones, así como pérdidas de capital en los equipos. Primero, dentro de las instalaciones del laboratorio no se cuenta con el nivel mínimo de iluminación propuesto por la NOM-025-STPS-2008 y por la SMII (Sociedad Mexicana de Ingenieros en Iluminación) que es entre 500 y 600 luxes. Esta problemática se pretende regular a partir del cálculo y diseño de un nuevo sistema de alumbrado, esto se obtiene mediante el método del lumen, observando las características del lugar de trabajo así como las de las lámparas a usar. El sistema de alumbrado para el área de tornos será tipo suplementario, es decir se coloca un alumbrado general para que se tenga una buena visibilidad cuando se transite por esta área de trabajo, además se proporcionara de una lámpara individual para llegar al nivel de iluminación recomendado. A su vez en el laboratorio, las maquinas se encuentran energizadas de forma constante, lo cual ocasiona que personas ajenas o sin conocimiento de la maquinaria pongan a funcionar alguna de ellas ocasionando daños físicos al personal como a la instalación. De esta forma se pretende implantar un Controlador Lógico Programable, para que desde un equipo de computo se programen para trabajar solo las maquinas necesarias, manteniendo un control de los equipos y con esto minimizar los riesgos asociados a este tipo de trabajos. Se realiza el diseño de una nueva instalación eléctrica que cumpla con la normalización vigente, en este caso la NOM-001-SEDE-2005 para instalaciones eléctricas. Por último se elabora una lista del costo e instalación de los materiales del proyecto, como son, contactos, luminarias, conductores, tubería y accesorios, interruptores termomagnéticos y muchos otros más que se detallan en el capítulo correspondiente.

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Glosario.

Acometida: Conductores de acometida que conecta la red del suministrador al alambrado del inmueble a servir.

Acometida aérea: Conductores de entrada de acometida, sistema aéreo, que van desde el último poste u otro soporte aéreo hasta un conector, incluyendo los empalmes, si existen, a los a los conductores de entrada de acometida en un edificio u otra estructura.

Alimentador: Todos los conductores de un circuito entre el equipo de acometida o la fuente de un sistema derivado separadamente u otra fuente de alimentación y el dispositivo final de protección contra sobrecorriente del circuito derivado.

A tierra: Conexión conductora, intencionada o accidental, entre un circuito o equipo eléctrico y el terreno natural o algún cuerpo conductor que sirva como tal.

Canalización: Canal cerrado de materiales metálicos o no metálicos, expresamente diseñado para contener alambres, cables o barras conductoras, con funciones adicionales como lo permita esta norma.

Capacidad de conducción de corriente: Corriente eléctrica expresada en amperes (A), que un conductor eléctrico puede conducir continuamente, bajo condiciones de uso normal, sin exceder su temperatura nominal.

Carga (eléctrica): Es la potencia instalada o demandada en un circuito eléctrico.

Automático: Auto-actuante, que opera por su propio mecanismo cuando se le acciona por medio de una influencia impersonal, por ejemplo un cambio de intensidad de corriente eléctrica, presión, temperatura o configuración mecánica.

Circuito derivado: Conductor o conductores de un circuito desde el dispositivo final de sobrecorriente que protege a ese circuito hasta la o las salidas finales de utilización.

Área de trabajo: es el lugar del centro de trabajo, donde normalmente un trabajador desarrolla sus actividades. Conductor desnudo: Conductor que no tiene ningún tipo de cubierta o aislamiento eléctrico.

Controlador: Dispositivo o grupo de dispositivos para gobernar, de un modo predeterminado, la energía eléctrica suministrada al aparato al cual está conectado.

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Corriente de interrupción: Corriente eléctrica máxima a la tensión nominal que un dispositivo, es capaz de interrumpir bajo condiciones de prueba normalizadas. Los dispositivos diseñados para interrumpir corriente eléctrica a otros niveles distintos de los de falla, pueden tener su valor de interrupción expresado en función de otras unidades, como kW, kVA o corriente eléctrica a rotor bloqueado del motor. Desconectador para circuito de motor: Dispositivo cuya potencia nominal es expresada como capacidad en kW o CP y que es capaz de interrumpir la máxima corriente eléctrica de operación en sobrecarga de un motor a la tensión nominal. Dispositivo: Elemento de un sistema eléctrico destinado para conducir, pero no para consumir energía eléctrica. Energizado(a): Conectado(a) eléctricamente a una fuente de diferencia de potencia. Gabinete: Envolvente diseñada para montaje superficial o empotrado, provista de un marco, montura o bastidor en el que se puede instalar una o varias puertas, en cuyo caso dichas partes deben ser oscilantes. Partes vivas: Conductores, barras conductoras, terminales o componentes eléctricos sin aislar o expuestos, que representan riesgo de choque eléctrico. Puente de unión: Conductor confiable, para asegurar la conductividad eléctrica requerida entre partes metálicas que requieren ser conectadas eléctricamente. Puesto a tierra: Conectado al terreno natural o a algún cuerpo conductor que pueda actuar como tal. Tensión eléctrica nominal: Valor nominal asignado a un circuito o sistema para la designación de su clase de tensión eléctrica. La tensión eléctrica real a la cual un circuito opera puede variar de la nominal dentro de una gama que permita el funcionamiento satisfactorio de los equipos.

Brillo: es la intensidad luminosa de una superficie en una dirección dada, por unidad de área proyectada de la misma. Deslumbramiento: es cualquier brillo que produce molestia, interferencia con la visión o fatiga visual.

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Iluminación; iluminancia: es la relación de flujo luminoso incidente en una superficie por unidad de área, expresada en lux. Iluminación complementaria: es un alumbrado diseñado para aumentar el nivel de iluminación en un área determinada. Iluminación localizada: es un alumbrado diseñado para proporcionar un aumento de iluminación en el plano de trabajo. Luminaria; luminario: equipo de iluminación que distribuye, filtra o controla la luz emitida por una lámpara o lámparas y el cual incluye todo los accesorios necesarios para fijar, proteger y operar esas lámparas y los necesarios para conectarse al circuito de utilización eléctrica. Luxómetro: es un instrumento para la medición del nivel de iluminación. Nivel de iluminación: cantidad de energía radiante medida en un plano de trabajo donde se desarrollan actividades, expresada en lux. Plano de trabajo: es la superficie horizontal, vertical u oblicua, en la cual el trabajo es usualmente realizado, y cuyos niveles de iluminación deben ser especificados y medidos. Reflexión: es la luz reflejada por la superficie de un cuerpo. Sistema de iluminación: es el conjunto de luminarias destinadas a proporcionar un nivel de iluminación para la realización de actividades específicas. Tarea visual: actividad que debe desarrollarse con determinado nivel de iluminación. Desconectador: Dispositivo capaz de cerrar, conducir e interrumpir corrientes eléctricas nominales especificadas.

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Nomenclatura: C.P: Caballo de potencia. FM: Factor de mantenimiento. L.L.D.: Factor de depreciación de la lámpara. L.D.D.: Factor de depreciación del luminario. Hcc: Altura del luminario al techo. Hrc: Altura de luminario al plano de trabajo. Hfc: Altura del plano de trabajo. Pc: Reflectancia de techo. Pw: Reflectancia de cuarto. Pf: Reflectancia de piso. CCR: Factor de cavidad de techo. RCR: Factor de cavidad de cuarto. FCR: Factor de cavidad de piso. Pcc: Reflectancia efectiva de techo. Pfc: Reflectancia efectiva de piso. CU: coeficiente de utilización. L: Longitud. I: Corriente. S: Sección transversal del conductor. V: Tensión P: Potencia. VA: volt-ampere N: espiras

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PROBLEMÁTICA

Las problemáticas principales dentro del laboratorio de procesos industriales ubicado en el CECyT # 11 “Wilfrido Massieu” son:

La instalación eléctrica deficiente y obsoleta, tanto en su instalación como en su mantenimiento. Ya que dentro de los dispositivos de control, los arrancadores de las maquinas industriales se encuentran arcaicos debido al tiempo de instalación así como a la falta de mantenimiento, a tal grado que el equipo se encuentre energizado constantemente, por tal motivo cualquier persona puede accionarlo, además del notorio deterioro en el aislamiento de los conductores eléctricos, la mala realización en los empalmes para la distribución de la energía eléctrica dentro del laboratorio, así como la mala canalización de los conductores.

Esto es consecuencia de la falta de capacitación o desconocimiento total del funcionamiento del equipo, por parte del cuerpo docente y estudiantil lo que provoca accidentes o algunos incidentes de consecuencias mayores ya que no se cuenta con instalaciones seguras.

Con respecto a la instalación eléctrica, enfocado en los dispositivos de protección ya sean interruptores termomagnéticos y fusibles tipo cartucho de fusión rápida, tienen un valor mayor del que es necesario en la instalación, consecuencia de un mal desarrollo en los cálculos o caso omiso en ellos ya que no se tomo en cuenta el crecimiento de la carga dentro de la zona de trabajo.

Con lo referente a los niveles de iluminación no son los adecuados para el tipo de trabajos que se realizan en el área, ya que en base a la NOM-025-STPS-2008 (Condiciones de Iluminación en los Centros de Trabajo) y en la SMII (Sociedad Mexicana de Ingenieros en Iluminación), el nivel básico para las actividades optimas es de 500 a 600 luxes en estas zonas de trabajo; lo que en la actualidad no es así, ya que se cuenta con un nivel de iluminación general de 340 luxes lo que no es un nivel adecuado para los trabajos que se desarrollan en la zona, resultado de la mala distribución en los luminarios dentro de las instalaciones; esto es consecuencia de la desviación del proyecto, es decir, el empleo del local para fines académicos cuando el área estaba enfocada a ser un almacén.

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JUSTIFICACIÓN.

Ya que las instalaciones eléctricas del laboratorio de procesos industriales del CECyT No. 11 “Wilfrido Massieu” fueron realizadas hace 50 años y desde ese entonces no se les ha hecho ninguna modificación o mantenimiento, todo el equipo eléctrico y accesorios se encuentran en condiciones de riesgo para el operador, además del daño en los aislamientos y empalmes realizados, lo que reduce el tiempo de vida útil de los equipos debido a los constantes disturbios en la instalación eléctrica provocados principalmente por fallas de circuito corto lo que aumenta las posibilidades de riesgo físico para los operarios.

Además no se considero el incremento a futuro de la carga en este espacio, por lo cual los conductores, alimentadores y de los circuitos derivados se encuentran en su máxima capacidad de conducción de corriente cuando se trabaja con todos los tornos en el mismo momento, lo que ocasiona un deterioro mayor en los aislamientos de los conductores, debido al sobrecalentamiento de los mismos por las altas corrientes circulantes, incluyendo las pérdidas de energía por los malos empalmes realizados para la distribución de energía eléctrica, así como la mala canalización de los conductores eléctricos. Otro aspecto es la mala ubicación de luminarios, lo que produce una pérdida considerable de energía, provocando la mala calidad en los trabajos realizados en este espacio.

Todo esto para proporcionar seguridad a los operarios que laboren en el laboratorio de procesos industriales del CECyT No 11, al mismo tiempo se incrementa la calidad de los trabajos que se elaboran reduciendo los gastos en el material.

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OBJETIVOS

Objetivo general:

Proponer un diseño de circuitos de alumbrado y fuerza para minimizar los riesgos en las personas y optimizar los recursos materiales disponibles en el laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 Wilfrido Massieu.

Objetivos Específicos:

• Analizar, evaluar y diagnosticar, la situación actual de las instalaciones eléctricas del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11.

• Crear un sistema eléctrico de fuerza que reduzca los riesgos de accidentes por la mala operación de la maquinaria, implementando un Controlador Lógico Programable.

• Diseñar un sistema de alumbrado con un nivel uniforme de iluminación adecuado basado Norma Oficial Mexicana, NOM-025-STPS-2008, Condiciones de iluminación en los centros de trabajo.

• Proponer una solución que garantice la seguridad de los usuarios, en las instalaciones eléctricas del laboratorio de procesos industriales, cumpliendo las especificaciones y lineamientos de carácter técnico que deben satisfacer las instalaciones eléctricas, establecidos en la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas (utilización).

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CAPITULO 1 Marco conceptual

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CAPITULO 1.

“MARCO CONCEPTUAL” REFERENCIAS.

[1] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-001-SEDE-2005), Instalaciones Eléctricas (Utilización).

[2] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-022-STPS-1999), Secretaria del Trabajo y Prevención

Social. [3]

NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-008-SCFI-1993), Sistema general de Unidades de Medida.

[4] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-025-STPS-1999), Secretaria del Trabajo y Prevención

Social.

[5] Enríquez Harper Gilberto, “Protección de instalaciones eléctricas industriales y

comerciales”.2da, edición, Editorial LIMUSA, México Df, 540 págs.

[6] Enríquez Harper Gilberto, "Pruebas de mantenimiento a equipos eléctricos", editorial Limusa-

Wiley, México 2009.

[7] Martínez Requenn Juan J, Toledo Gasca José C, "Puesta de tierra en edificios y en instalaciones

eléctricas”, editorial Thompson, 2002.

[8] Enríquez Harper Gilberto." Elementos de diseño de una subestaciones eléctricas”, ed. Limusa,

2da edición, 2002.

[9] Guru.S Bhag y Hiziroglu R. Huseyin."Maquinas eléctricas y transformadores", 3era edición,

editorial Oxford 2003.

[10] Chapman J. Stephen."Maquinas Eléctricas", editorial Mac Graw Hill, 4ta edición 2005.

[11] Bratu N., (1992), Instalaciones eléctricas, Introducción a las instalaciones eléctricas, Alfa omega

grupo editor, 2da. Edición, México D. F.

[12] Enríquez Harper Gilberto. “Manual de instalaciones eléctricas residenciales e industriales”,

editorial Limusa, 2da edición, 2005.

[13] http://www.mitecnologico.com/Main/InstalacionElectrica

[14] http://www.mitecnologico.com/Main/SubestacionElectricaPartesPrincipales

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CAPITULO 1 Marco conceptual

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[15] http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe70.html.

[16] http://gama.fime.uanl.mx/~omeza/pro/SE/7.pdf

[17]http://d1105488.mydomainwebhost.com/usuarios/Toni/web_magnetismo_3/magnetismo_indice.h

tml#transformador

[18] http://www.draaisa.com/pags/productos/conductores/cables-baja tension.php

[19] http://plussuministros.com.mx/productos/accesorios-conduit-c-7_25.html

[20] http://www.ferrelectro.com/portal/images/stories/productos/soporteria

[21]http://www.electrocentro.com.mx/index.php?num=14&pro=10&nombre=Canalizaciones%20Elect

ricas

[22] http://www.eegsa.com.mx/prod-federal-pacific.htm

[23]Westinghouse, “Manual del alumbrado”, editorial DOSSAT, S.A. 4

ta edición.

[24] http://www.gelighting.com/es/product_portfolio/fittings/indoor_lighting/

[25]Curso Mantenimiento Subestaciones, por "Sistemas de distribución y Potencia eléctrica, S.A. de

C.V."

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CAPITULO 1 Marco conceptual

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1.1.- INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES.

Se le llama instalación eléctrica al conjunto de elementos que permiten transportar y distribuir la energía eléctrica, desde el punto de suministro hasta los equipos que la utilicen. Entre estos elementos se incluyen: tableros, interruptores, transformadores, bancos de capacitores, dispositivos, sensores, dispositivos de control local o remoto, cables, conexiones, contactos, canalizaciones, y soportes.

Las instalaciones eléctricas son abiertas (conductores visibles), aparentes (en ductos o tubos), ocultas, (dentro de paneles o falsos plafones), o ahogadas (en muros, techos o pisos).

Las instalaciones eléctricas industriales, por su tamaño y complejidad, son tan importantes como los sistemas eléctricos de potencia, el uso de las técnicas de análisis usadas en estos, son aplicables también en las instalaciones de tipo industrial.

1.1.1 Análisis de los sistemas eléctricos.

El análisis de los sistemas, es un conjunto de técnicas que se basan en las leyes fundamentales de la electricidad, aplicables principalmente a circuitos trifásicos de corriente alterna. Estas técnicas facilitan el cálculo del comportamiento de los sistemas bajo condiciones especificas, para auxiliar en el diseño de nuevos sistemas, para rediseñar los sistemas existentes, o bien, para hacer ajustes y modificaciones a partes de las instalaciones.

Los estudios principales de análisis en instalaciones industriales incluyen:

§ Estudios y cálculos de circuitocorto. § Selección de dispositivos de protección. § Coordinación de dispositivos de protección. § Otros aspectos como: arranque de motores, estudios de caída de tensión y

corrección de factores de potencia. § Estudios de armónicos.

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1.1.2 Objetivos de una instalación eléctrica.

Una instalación eléctrica debe distribuir la energía eléctrica a los equipos conectados de una manera segura y eficiente. En cualquier instalación eléctrica de alumbrado o fuerza, es conveniente tomar en consideración que debe cumplir con los siguientes requisitos:

Seguridad.- La instalación eléctrica debe realizare de tal forma que no exista ningún riesgo para las personas y equipos que se encuentran instalados en dicha instalación, durante su operación común.

Capacidad.- Cada sistema eléctrico debe estar diseñado para satisfacer la demanda de servicio que se presente y considerar también el pronóstico de carga para instalaciones futuras, esta medida es conveniente y necesaria en algunos casos, debido a que el uso de la electricidad tiende a incrementarse en industrias, edificios, comercios, etc. y deben tenerse instalaciones calculadas para la demanda prevista en un lapso de tiempo determinado.

Flexibilidad.-Dependiendo del tipo de instalación eléctrica que se trate (industrial, comercial, residencial), se debe proyectar para que tenga una flexibilidad adecuada para la distribución de circuitos y para el entubado y alambrado, por lo que dependiendo de la localización física de los elementos de la instalación por alimentar, debe procurarse que las bandas de tubería ductos y alimentaciones tengan una localización tal que permita hacer cambios o modificaciones, sin que esto represente problemas técnicos complejos o gastos excesivos.

Accesibilidad.- Cualquier instalación eléctrica, en forma independiente de la localización de las maquinas y aparatos por alimentar, se debe proyectar en tal forma que sea accesible en su instalación, mantenimiento y servicio general.

Confiabilidad.-Dependiendo de la naturaleza de la instalación, ya sea edificio, industria, almacén o centro comercial, hospital o casa habitación, varia el grado de seguridad en el suministro de la energía eléctrica, entendiéndose esto, desde el punto de vista de planeación, como la probabilidad de que este dentro de servicio un determinado tiempo (estimado en forma nula); esto en forma independiente de la garantía o confiabilidad que se tenga en el suministro de la energía eléctrica por parte de la compañía suministradora.

Es necesario hacer una breve descripción de los elementos que constituyen una instalación eléctrica, desde la subestación eléctrica, como elementos de fuerza, alumbrado y contacto.

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1.2.-SUBESTACIÓN ELÉCTRICA.

Las subestaciones eléctricas son componentes del sistema eléctrico de potencia en donde se modifican los parámetros de la potencia (tensión y corriente), sirven de punto de interconexión para facilitar la transmisión y distribución de la energía eléctrica.

Tipos de subestaciones Eléctricas.

Dependiendo del nivel de tensión, potencia que manejan, objetivo y tipo de servicio que prestan, las subestaciones se clasifican como:

Ø Subestaciones elevadoras. Ø Subestaciones reductoras. Ø Subestaciones de enlace. Ø Subestaciones en anillo. Ø Subestaciones radiales.

Ø Subestaciones elevadoras.

Este tipo de subestaciones se usa en las centrales eléctricas, cuando se trata de elevar la tensión de generación a valores de tensión de transmisión como se muestra en la Figura1.1.

Figura 1.1 Subestación elevadora [8]

.

Transformador

Generador

Barra colectora

Barra colectora

Líneas de transmisión

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Ø Subestaciones reductoras.

En estas subestaciones, los niveles de tensión de transmisión se reducen al siguiente (subtransmisión), o de subtransmisión a distribución o eventualmente a utilización como se muestra en la Figura 1.2.

Estas son subestaciones que se encuentran en las redes de transmisión, subtransmisión o distribución y constituyen el mayor número de subestaciones en un sistema eléctrico.

Figura 1.2 Subestación Reductora [8].

Ø Subestaciones de enlace.

En los sistemas eléctricos, se requiere tener mayor flexibilidad de operación para incrementar la continuidad del servicio y consecuentemente la confiabilidad, por lo que es conveniente el uso de las llamadas subestaciones de enlace como se muestra en la Figura.1.3.

Figura 1.3 Subestación de enlace [8].

Transformador

Líneas de transmisión alta tensión

Barra colectora

Líneas de transmisión media tensión

Barra colectora

Líneas de transmisión Otras subestaciones

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Ø Subestaciones en anillo.

Estas subestaciones se usan con frecuencia en los sistemas de distribución para interconectar subestaciones que están interconectadas a su vez con otras como se muestra en la Figura 1.4.

Figura 1.4 Subestación en anillo [8].

Ø Subestaciones radiales.

Cuando una subestación tiene un solo punto de alimentación y no se interconecta con otras, se denomina radial como se muestra en la Figura 1.5.

Figura 1.5 Subestación radial [8].

Líneas de transmisión

Barra colectora

Líneas de transmisión Otras subestaciones

Barra colectora Barra colectora

Líneas de transmisión

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1.2.1 Elementos de una subestación eléctrica.

Una subestación cuenta con un conjunto de aparatos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento, dentro estos elementos destacan los siguientes:

A. Transformador B. Medios de desconexión C. Medios de protección D. Puesta a tierra E. Medios de control

A) TRANSFORMADOR.

El transformador, es la parte más importante de una subestación eléctrica, consta de un embobinado de cable que se utiliza para unir a dos o más circuitos, aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas.

La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria, las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuya tensión secundaria sea superior al primario se llama transformador elevador, si por el contrario, si la tensión secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el recibe el nombre de transformador reductor como se muestra en la Figura 1.6.

Figura.1.6 Transformador se muestra el lado primario y secundario [17].

Con objeto de incrementar el acoplamiento entre las bobinas, estas se devanan sobre un núcleo común. Si el núcleo esta hecho de un, material no magnético, se dice que se trata de un transformador con núcleo de aire.

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Cundo el núcleo está constituido por un material ferromagnético con permeabilidad relativamente alta, se trata de un transformador con núcleo de hierro.

Un núcleo magnético sumamente permeable asegura que:

a) casi todo el flujo que crea una de las bobinas se enlaza con la otra.

b) la reluctancia de la trayectoria magnética sea baja.

Esto da como resultado una eficiencia de operación máxima del transformador.

La bobina a la que la fuente suministra la fuerza se llama devanado primario. La bobina que envía la fuerza a la carga se denomina devanado secundario. Cualquiera de los devanados se conectar a la fuente o a la carga.

Relación de transformación.

La relación de transformación en las tensiones, es directamente del primario al secundario (E1/E2 como N1/N2); mientras que la relación en las corrientes, es inversamente proporcionales a sus números de espiras.N1 / N2 como I2 / I1. Por otra parte los ampervueltas primarios son igual a los ampervueltas secundarios N1I1 = N2I2. B) MEDIOS DE DESCONEXIÓN. Toda subestación debe tener en el lado primario (acometida), un medio de desconexión (NOM-001-SEDE-2005, articulo 924-2) general de operación simultánea, que sea adecuado a la tensión y corriente nominal del servicio; en adición a cualquier otro medio de desconexión. Como excepción a la norma, se acepta que en subestaciones de 500 kVA´s o menos, se permite la desconexión en forma unipolar, siempre y cuando se tenga en el lado de baja tensión un dispositivo de desconexión y protección tripolar. Interruptores automáticos. El interruptor automático opera con el auxilio de relevadores que detectan la sobrecorriente producida por una falla y envían una señal al interruptor para que este dispare y corte la corriente abriendo sus contactos. Los interruptores de potencia se clasifican por el medio de extinguir el arco producido por la apertura de una corriente de falla; como sigue:

I. gran volumen de aceite II. pequeño volumen de aceite.

III. aire comprimido. IV. vacio.

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El interruptor automático es operado manualmente a voluntad lo que lo hace un medio de protección y desconexión al mismo tiempo. C) MEDIOS DE PROTECCIÓN. Son dos los fenómenos eléctricos que causan daño al equipo eléctrico de la subestación: sobrecorrientes y sobretensiones. Sobrecorriente.- toda subestación debe tener en el lado primario (acometida), un dispositivo general de sobrecorriente que sea adecuado a la tensión y corriente de servicio (NOM-001-SEDE-2005, 924-10), así como de capacidad interruptiva que deba estar de acuerdo con la potencia máxima de circuitocorto que pueda presentarse en la subestación, según la información que proporcione el suministrador. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente son: En alta tensión.- Interruptores de potencia automáticos. En aire cuchilla- fusible y cortacircuitos fusibles. En baja tensión.- Interruptores electromagnéticos, termomagnéticos y fusibles. Sobretensiones. Existen 2 tipos de sobretensiones: de origen externo y de origen interno. Se entiende por sobretensión de origen externo, el producido por descargas atmosféricas. Las sobretensiones externas son de 3 tipos vea se tabla 1.1.

Tabla No.1.1 [25] Tipos de sobres tensiones.

Sobretensión por carga

estática

Se presentan en las instalaciones y principalmente en las líneas de transmisión, por el solo hecho de que existan nubes sobre estas y que las nubes sean desplazadas por el viento a 40 km. / hora. Este caso es el menos peligroso ya que se disminuye considerablemente su efecto mediante el uso de hilo de guarda en las líneas de transmisión así como bayonetas e hilos de guarda en las subestaciones

Sobretensión por descarga indirecta

Se presentan en las instalaciones por la presencia de rayos que caen en puntos cercanos a las mismas y que por efecto de inducción electrostática y electromagnética, introducen transitorios en las instalaciones. Este tipo de sobretensión es el más frecuente y es grave dependiendo de la intensidad de la descarga.

Sobretensión por descarga directa

Son los menos frecuentes en las instalaciones, pero son los que causan los daños más severos debido a la enorme cantidad de potencia que genera una descarga atmosférica.

Se entiende por sobretensión de tipo interno a los que se presentan en las instalaciones eléctricas por operaciones del equipo, fallas u otros motivos propios de la red.

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D) PUESTA A TIERRA. La puesta a tierra es un medio para salvaguardar al público y a los operarios del daño que causa el potencial eléctrico en las líneas de servicio público de energía eléctrica. (NOM-001-SEDE-2005, 921-1). Para el diseño de las redes de tierra en subestaciones es uno de los aspectos a los que no siempre se le ha dado la importancia que amerita; tal vez por la complejidad de los cálculos o por la diversidad de criterios que se siguen. Algunas de las funciones básicas de las redes de tierra son:

· Limitar las tensiones de paso (entre los dos pies) y de contacto (entre mano y pies) a valores tolerables, dando de esta forma seguridad al personal que en el momento de una falla pudiera encontrarse dentro de la subestación.

· Limitar el potencial entre las partes no conductoras de corriente del equipo

eléctrico a un valor de seguridad bajo todas las condiciones de operación normal o anormal del sistema.

· Reducir las sobretensiones durante condiciones de falla, proporcionando

así una operación efectiva de los relevadores de protección.

· De todas las posibles funciones de la red de tierra, la de mayor importancia siempre será el proporcionar seguridad a cualquier ser viviente que pudiera estar dentro de la subestación en el momento de una falla.

E) MEDIOS DE CONTROL. El control y la protección de una subestación, es tan compleja como el tamaño y la importancia de la misma. El control es un “sistema” que debe estar alerta tanto en condiciones normales de operación, como ante condiciones de contingencia que se presenten en la subestación. De tal manera que actué para aislar la parte fallada en el menor tiempo posible. Para la obtener niveles de tensión y corrientes adecuados para los equipos de protección a si como para los de control es necesario el empleo de transformadores de instrumentos. a) Transformadores de corriente T.c´s b) Transformadores de potencial T.p´s

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Transformadores de instrumentos.-En los sistemas eléctricos de corriente alterna se manejan altas tensiones y corrientes elevadas. Por ello y para alimentar los aparatos de protección y medición, manejan magnitudes de tensión y corriente muy bajos (120 volts y 5 amps.), se requieren equipos especiales llamados transformadores de instrumentos, reducen las magnitudes de corriente o tensión a los valores arriba mencionados. Transformadores de corriente.- Un transformador de corriente “t.c” es el dispositivo que alimenta una corriente proporcionalmente menor a la del circuito. No mayor a 5 amperes en condiciones normales de operación. Un t.c. Se selecciona de acuerdo a las características del sistema donde va a operar y a la corriente de carga máxima primaria.

Transformadores de potencial.- Generalmente los T.p´s se usan en instalaciones de alta tensión y preferentemente para la medición de circuitos de alta tensión y en cierto tipo de protecciones (distancia y direccionales de sobrecorriente).

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1.3.- INSTALACIONES ELÉCTRICAS PARA FUERZA Y ALUMBRADO.

La determinación de las características de este conjunto de elementos, el arreglo o disposición que llevan dentro de una instalación y los aspectos funcionales y de estética, es lo que se conoce como el Diseño de la instalación eléctrica, que dependiendo si es residencial, comercial o industrial podrá tener distintos criterios que deben ser considerados desde la planeación y que desde luego están de acuerdo con la NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-001-SEDE-2005) y a su vez se deben utilizar materiales y equipos que cumplan con las normas oficiales mexicanas.

1.3.1 Elementos principales en la instalación eléctrica.

En una instalación eléctrica intervienen como elementos principales de conducción, protección, control de la energía eléctrica y dispositivos receptores, los siguientes:

a) Conductores eléctricos (articulo.-110-5, NOM-001-SEDE-2005)

La mayor parte de los conductores empleados en instalaciones eléctricas están hechos de cobre (Cu) o aluminio (Al) que son comercialmente los materiales con mayor conductividad y con un costo lo suficientemente bajo como para que resulten económicos, ya que existen otros materiales de mejor conductividad como por ejemplo la plata y el platino, pero que tienen un costo elevado.

Los conductores eléctricos se fabrican de sección circular de material solido o como cables dependiendo de la cantidad de corriente por conducir y su utilización, en algunos casos se fabrican en secciones rectangulares para altas corrientes véase Figura 1.7. Los conductores son identificados por su tamaño nominal que se indica como designación y se expresa en mm2 y opcionalmente su equivalente en AWG (American Wire Gage) o en mil circular mils (kcmil).

Figura. 1.7 Conductores de cobre [18].

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Siendo el más grueso el numero 700, 600, 500 kcmil, siguiendo el orden descendiente del área del conductor los números 4/0, 3/0, 2/0, 1/0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 y 20 que es el más delgado usado en instalaciones eléctricas. Para mas tamaños de conductores consultar Art. 310-16 de la NOM-001- SEDE -2005, donde se designa de acuerdo a la capaciadad de conduccion de corriete electrica.

Los conductores empleados en las instalaciones eléctricas están aislados, antiguamente los conductores eléctricos se aislaban con hule conociéndose comercialmente como tipo R, actualmente se fabrican con aislantes de tipo termoplástico con distintas denominaciones comerciales según el tipo de fabricante.

Cada tipo de conductor tiene propiedades específicas que los diferencian de otros, pero para la selección de un conductor debe considerarse los agentes que los afecten durante su operación y que se deben de agrupar como:

• Agentes mecánicos: Los agentes que afectan mecánicamente a los conductores se dividen en cuatro clases:

- Presión mecánica - Abrasión - Elongación - Doblez a 180 grados

• Agentes Químicos: Estos agentes químicos contaminantes se identifican en cuatro tipos generales que son:

- Agua o Humedad - Hidrocarburos - Ácidos - Álcalis

Es posible eliminar en su totalidad los contaminantes de una instalación eléctrica, lo que hace necesario el uso de conductores eléctricos que resisten los contaminantes en cada instalación eléctrica.

• Agentes eléctricos: La habilidad de los conductores de baja tensión se mide por la rigidez dieléctrica del aislamiento, que es la que determina las condiciones de operación manteniendo la diferencia de potencial obtenida dentro de los limites de seguridad, permite soportar sobrecargas transitorias e impulsos provocados por corto circuito.

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b) Canalizaciones Eléctricas

Se entenderá por canalizaciones eléctricas a los dispositivos que se empelan en las instalaciones eléctricas para contener a los conductores de manera que estas queden protegidos en la posible contra deterioro mecánico, contaminación y a su vez protejan a la instilación contra incendios por los arcos que se presentan durante un corto circuito, para el uso de canalización adecuado en una instalación eléctrica se debe consultar el artículo 300 de la NOM-001-SEDE-2005, según sea la necesidad de la instalación eléctrica.

Los medios de canalización más comúnmente usados en las instalaciones eléctricas son los siguientes:

- Tubos Conduit porta cable - Ductos porta cable - Charolas porta cable

-Tubo conduit: es aquel que conduce y protege los conductores eléctricos que abastecen energía eléctrica al equipo utilizado en una instalación eléctrica, contando con acoplamientos, conectores y accesorios integrados o asociados, aprobado para la instalación de conductores eléctricos, ver Figura1.8. Existiendo una gran variedad, para las diferentes necesidades de la instalación de acuerdo a los artículos (343 al 351) de la NORMA OFICIAL MEXICA (NOM-001-SEDE-2005).

Figura.1.8. Tubos conduit [19].

I) Tubos de acero galvanizado de pared gruesa

Este tubo está protegido interior y exteriormente por medio del acabado galvanizado, pues ser empleado en cualquier clase de trabajo dada su resistencia.

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En especial se recomienda en instalaciones industriales tipo visible o en instalaciones a la intemperie o permanentemente húmedas.

II) Tubos de acero galvanizado de pared delgada

La diferencia de este tubo con respecto a del la pared gruesa es que el espesor de la pared del tubo es de la mitad, sus aplicaciones son del mismo tipo por sus propiedades de resistencia a la humedad, solo que no se le hace rosca en los extremos y se une por medio de coples otros tipos de conectadores.

III) Tubo de acero esmaltado de pared gruesa

Este tipo de tubo está protegido interiormente y exteriormente con esmalte para protección contra oxidación, por lo que se recomienda para instalaciones intemperie o en lugares permanente húmedos.

IV) Tubo de aluminio

Este tipo de tubo de manufactura en pared gruesa o pared delgada, tiene la ventaja de ser más ligero que los tubos de acero a igualdad de sección, se recomienda su uso para instalaciones con armaduras del mismo material.

V) Tubo flexible

Se emplea en aquellas instalaciones en que es necesario hacer muchas curvas ya que se adapta perfectamente a esto. Es ideal para la instalación de motores eléctricos, es adecuado en instalaciones industriales por su consistencia mecánica a la presión. Se complementa con coples de tornillo y conectores especiales.

VI) Tubo de plástico flexible

Este tubo se fabrica con distintas denominaciones comerciales como son: poliductos, tiene las propiedades de ser ligero y resistente a la acción del agua, su empleo se ha incrementado mucho en instalaciones eléctricas de edificios, comercio y casa habitación, tiene la limitante de que no se es recomendable usarlo en lugares con temperaturas que excedan a los 60 C. para su conexión entre si y con cajas de conexión se requiere accesorios especializados de plástico. El cloruro de polivinilo, por ejemplo se emplea en lozas de lugares húmedos o corrosivos.

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-Ductos porta cable.- Estos ductos consisten de canales de laminas de acero de sección cuadradas o rectangulares con tapa, ver Figura 1.9, se usan solo en instalaciones visibles ya que no se montan embutidos en pared o dentro de las lozas de concreto, razón por la que su aplicación se encuentra en industrias y laboratorios.

Figura 1.9. Ductos para conductores eléctricos [21].

Los conductores se llevan dentro de los ductos como si se tratara de tubo conduit y se catalogan de acuerdo a su aplicación como ductos alimentadores, si llevan los conductores o barras de la subestación a los tableros de distribución y los llamados ductos de conexión que parten de los diferentes tableros a los aparatos receptores.

Es de uso común el ducto cuadrado que aventaja al tubo conduit cuando se trata de sistemas menores de distribución, en especial cuando se emplean circuitos múltiples, ofreciendo además la ventaja de ser fácil de empalmar, teniéndose una mejor aprovechamiento de la capacidad conductivas de los conductores al tener mejor disipación del calor.

El empleo de ductos en las instalaciones industriales o de laboratorios ofrece ventajas como son:

o Fácil de instalar o Se surte en tramos de diferente medida lo que hacen versátil su

instalación. o Se tiene facilidad y versatilidad para la instalación de conductores

dentro del ducto, teniéndose la posibilidad de agregar más circuitos a las instalaciones ya existentes.

o Los ductos son 100% recuperables cuando se modifican las instalaciones y se vuelven a usar.

o Son fáciles de abrir y conectar derivaciones para alambrado o fuerza. o Se tiene ahorro en herramienta ya que no es necesario usar terrajes,

dobladores de tubos, etc.

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-Charolas porta cables.- El uso de charolas se tiene aplicaciones parecidas a las de los ductos con algunas limitaciones propias de los lugares en que se hace la instalación, ver Figura 1.10.

Figura. 1.10 Charola tipo escalera [20].

En cuanto a la utilización de charolas se dan las siguientes recomendaciones, para una instalación óptima de estos elementos se debe consultar el artículo 318-6 de la NOM-SEDE-001-2005.

1) Procurar alinear los conductores de manera que guarden siempre la misma posición relativa en todo el trayecto de la charola, especialmente los de tamaño amplio.

2) En el caso de conductores delgados es conveniente hacer empalmes a intervalos de 1.5 a 2.0 m aproximadamente, procurando colocar etiquetas de identificación cuando se traten de conductores de varios circuitos, en el caso de conductores gruesos, los empalmes se deben hacer cada 2.0 o 3.0 m.

3) En la fijación de conductores que vayan a través de charolas por trayectorias verticales muy largas es recomendable que los empalmes se hagan con abrazaderas, consultar articulo 110-14(b) de la (NOM-001-SEDE-2005).

c) Conectores para canalizaciones eléctricas

Se entenderá aquí como conectores para canalizaciones eléctricas a aquellos elementos que sirven para interconectar las canalizaciones eléctricas entre sí, o con los elementos que contiene a los dispositivos de control, protección, o salidas para receptores. Estos conectores son esencialmente de dos tipos:

- Condulets - Caja de conexión

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-Los condulets son básicamente cajas de conexión y accesorios empleados en instalaciones, son tubo conduit de tipo visible, como se muestra en la Figura 1.11, se fabrican de una aleación de aluminio y otros metales.

Figura. 1.11 Condulets ovalado y redondo [20].

Los condulets tienen tapas que se fijan por medio de tornillos y cuentan con empaques para evitar la entrada de polvo o gases. Los fabricantes los hacen en tres tipos principales:

a) Ordinarios

b) A prueba de polvo y vapores

c) A prueba de explosión

-Caja de conexión

El montaje de accesorios eléctricos en instalaciones eléctricas de alumbrado o de fuerza como son contactos, apagadores, botones, salidas para alumbrado, etc., se fabrican de acero esmaltado o galvanizado.

La caja de conexión es de gran importancia en la instalación de sistemas eléctricos, ya que la finalidad de este elemento es la de proteger y cubrir la línea de derivación al punto luz del sistema en la figura 1.12 se muestra.

Figura. 1.12 caja de conexión [20].

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d) Centro de cargas.

Es un tablero metálico que contiene una cantidad determinada de interruptores termomagnéticos, como se muestra en la Figura. 1.13, generalmente empleados para la protección y desconexión de pequeñas cargas eléctricas y alumbrado. Los centros de carga son monofásicos o trifásicos, razón por la que soportan interruptores termomagnéticos monopolares, bipolares o tripolares. De acuerdo con el número de circuitos, contiene 1, 2, 4, 6, 8, 12, 20, 30, 40, 42 y hasta 80 unidades.

Figura 1.13 Centros de carga [22].

Ubicación de los tableros de distribución. Los tableros de distribución que tengan partes vivas expuestas, deben estar ubicados en lugares permanentemente secos, donde estén vigilados y sean accesibles sólo a personas calificadas. Los tableros de distribución deben instalarse de modo que la probabilidad de daño por equipo o procesos sea mínima (articulo 384-5).

Tableros de alumbrado y control

Todos los tableros de alumbrado y control deben tener parámetros nominales no menores a los mínimos del alimentador según la carga calculada, de acuerdo con lo establecido en el artículo 220 de la NOM-001-SEDE-2005. Los tableros de alumbrado y control deben estar marcados de forma duradera por el fabricante con su capacidad de conducción de corriente y tensión eléctrica nominales, el número de fases para los que están proyectados y el nombre del fabricante o marca comercial, de manera visible tras su instalación y sin que las marcas estorben la distribución o cableado interior.

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Todos los circuitos de un tablero de alumbrado y control y sus modificaciones, deben identificarse de manera legible en cuanto a su finalidad o uso, en un directorio situado en el frente de la puerta del panel gabinete o en su interior (articulo 384-13).

Protección contra sobrecorriente

Con respecto a los tableros de alumbrado y control para circuitos derivados de alumbrado y aparatos eléctricos con protección individual.

Los tableros de alumbrado y control para este tipo de circuitos deben estar protegidos individualmente, en el lado del suministro, por no más de dos interruptores automáticos principales o por dos juegos de fusibles que tengan una capacidad nominal combinada no mayor que la del tablero de alumbrado y control, consultar excepciones y especificaciones en el articulo 384-16 (NOM-001-SEDE-2005).

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1.4.-DISPOSITIVOS Y REQUERIMIENTOS PARA LA PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS.

Los sistemas eléctricos están diseñados para suministrar en forma continua la energía eléctrica a los equipos o dispositivos que deben ser alimentados, por lo que lo confiabilidad del servicio es un aspecto que resulto muy importante. Por ejemplo, la alimentación a las computadoras con bancos de memoria o a los servicios médicos y aéreos experimentales. Requieren de un servicio continuo para obtener los resultados esperados, existen otras áreas con cargas similares que son completamente dependientes del servicio proporcionado. El gran riesgo o estos servicios están en que el flujo de corriente tenga un valor mayor que el esperado, de la corriente que debe circular por el mismo. Estas corrientes se conocen como sobrecorrientes. Se originan por distintos causas, pero para fines prácticos se clasifican como:

Sobrecorrientes (sobrecarga y circuitocorto).

Las sobrecargas se definen como corrientes que son mayores que el flujo de corriente normal, están confinados a la trayectoria normal de circulación de corriente y causa sobrecalentamiento del conductor si se permite que continúe circulando.

El exceso de corriente que demanda es ‘visto’ por el dispositivo de protección de

sobrecorriente como una sobrecarga. Otro ejemplo más común es el de un circuito derivado en una casa-habitación, que esta dimensionado en forma conveniente y protegido por un dispositivo de protección de sobrecorriente, pero si un aparato adicional se conecta, causa un exceso de corriente sobre la capacidad del circuito y el fusible se funde. Esto ocurre también en una situación de sobrecarga.

Un circuitocorto se origina de distintas maneras, por ejemplo, que los conductores queden expuestos o contacto entre sí (de línea a línea, trifásicos) o a tierra (línea a tierra).

El circuitocorto tiene tres efectos:

*Arco eléctrico.- El efecto de la falla es muy dramático, ya que el arco quema prácticamente todo lo que se encuentre en su trayectoria.

* Calentamiento.- Cuando un circuitocorto tiene una gran magnitud de corriente, causa severos efectos de calentamiento, por ejemplo, una corriente de falla de 15 kA en un conductor de cobre, tamaño 6 AWG, produce una elevación de temperatura de 205 °C en menos de un ciclo de duración de la falla, estas temperaturas causan el fuego en los materiales vecinos.

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*Esfuerzos magnéticos.- Debido a que un campo magnético se forma alrededor de cualquier conductor cuando circula por él una corriente, se deduce fácilmente que cuando circula una corriente de circuitocorto de miles de amperes, el campo magnético se incrementa muchas veces y los esfuerzos magnéticos producidos son significativamente mayores.

1.4.1 Corriente nominal de los motores de Inducción

Este valor representa la corriente que demanda un motor de su fuente de alimentación cuando desarrolla su potencia nominal. Debido a que las potencias de los motores (expresados en kilowatts o CP) se encuentran normalizadas, de acuerdo al número de fases y tensión de alimentación, y considerando también que para las velocidades de operación más comunes a la frecuencia de la alimentación para un número de polos dado, estos valores se encuentran dentro de rangos típicos que aparecen en norma oficial mexicana para instalaciones eléctricas en los catálogos de los fabricantes de motores y equipo de control.

Cuando se requiere conocer la máxima y la mínima corriente de arranque, entonces es posible hacer uso de la información relacionada con las letras de código. Es común que las letras de código se expresen en unidades de kilovóltamperes/caballo de potencia (kVA/CP). En consecuencia, si lo potencia de un motor es CP y su letra de código se lee de sus datos de placa, se calculan en forma muy sencilla los kVA de arranque y la corriente máxima de arranque.

Para un motor trifásico, la potencia aparente en VA es

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1.4.2.-Protección de motores eléctricos.

La protección de los motores eléctricos varía en forma considerable, esto se debe a que es menos estandarizado, que la protección de otros aparatos o componentes de un sistema eléctrico. Esto es como resultado de la gran variedad de tamaños, tipos y aplicaciones de los motores eléctricos, para información consultar NOM-001-SEDE-2005 artículos 430-101 al 430-58 (circuitocorto y falla a tierra) y 430-31 al 430-44 (sobrecarga).

La protección se basa principalmente en la importancia del motor, y se encuentra también estrechamente ligada al tamaño del mismo.

Instalación y protección de motores eléctricos en baja tensión.

La idea de la protección de los motores eléctricos, se basa en el concepto general de que las propiedades de los materiales aislantes se ven afectadas por los esfuerzos dieléctricos, mecánicos, térmicos a que se ven sometidos, así como por la influencia del medio ambiente en que se encuentran instalados, por ejemplo, el polvo, la humedad, productos químicos. Etc., la vida de un aislamiento determina, la utilidad de una máquina eléctrica; y el efecto térmico producido por sobrecargas o por corrientes de circuitocorto, representa un factor importante, razón por la que se debe dar la debida importancia a la protección de los motores eléctricos y a los elementos complementarios para su instalación.

Algunas de las causas más importantes de sobrecargas térmicas, son las siguientes:

*Aumento de las pérdidas, debido a la operación anormal del propio motor.

Como por ejemplo:

*Carga con un par de arranque alto o elevado en servicio continuo.

* Tiempo relativo de conexión muy largo.

* Errores de conexión.

* Fallas en el sistema de enfriamiento.

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1.4.3-Dispositivos de protección contra sobrecorrientes.

Los dispositivos de protección contra sobrecorriente son los elementos que han sido contemplados para proteger los sistemas eléctricos de los daños por sobrecarga y corrientes de circuitocorto.

Por esta razón, estos dispositivos representan una función extremadamente importante. De aquí que una definición de la protección contra sobrecorriente es la siguiente: “La protección contra sobrecorriente para conductores y equipos se

proporciona con el propósito de interrumpir el circuito eléctrico, si lo corriente

alcanza un valor que pudiera causar una temperatura excesiva y peligrosa que

cause daño al aislamiento”.

Los dispositivos de protección contra sobrecorriente, deben cumplir con los siguientes requerimientos generales:

a) Ser seguros bajo condiciones normales y de sobrecorriente.

b) Transportar la corriente normal sin interrupción.

c) Interrumpir inmediatamente las sobrecorrientes.

d) Ser fácilmente reemplazables o restablecidos.

e) Ser completamente automáticos.

Para reunir los requerimientos para la protección contra circuitocorto, debe cumplir totalmente con las siguientes especificaciones básicas:

*Debe ser capaz de cerrar en forma segura, sobre cualquier valor de corriente de sobrecarga o corriente de circuitocorto, dentro del rango de capacidad momentánea del dispositivo.

* Debe ser seguro para abrir cualquier corriente que pueda circular dentro del rango de interrupción del dispositivo.

* Debe interrumpir automáticamente un flujo anormal de corriente dentro de su capacidad interruptiva. Existen básicamente dos dispositivos fundamentales que se usan en forma común para cumplir con las funciones de protección, estos son:

a) los interruptores

b) los fusibles.

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1.5.- ELEMENTOS EN LA INSTALCION ELECTRICA DE MOTORES.

La instalación eléctrica para motores, se debe hacer siempre de acuerdo con la disposición de la “Norma oficial mexicana para Instalaciones Eléctricas” (NOM-001-SEDE-2005), que se refieren no sólo a la instalación misma de los motores. Si no también a los requisitos que deben llenar los elementos que la conforman.

En la siguiente Figura 1.14, se muestran los elementos principales para la instalación eléctrica de uno o varios motores.

M1 M2

A) Alimentador del motor

B) Protección contra cortocircuitoy falla a tierra

C) Medio de desconexión

D) Protección contra cortocircuitoy falla a tierra

E) Conductores para el circuitodel motor

F) Controlador

J) Protección térmica

H) Protección contra sobrecarga

I) Motor

G) Circuitos del controlador delmotor

K) Controlador secundario

L) Controlador secundario

Conductores secudarios

Figura 1.14 Elementos principales en la instalación de motores [1].

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Para el cálculo de los distintos elementos de la instalación eléctrica de un motor, se parte de un dato básico, que es:

La corriente a plena carga. Es la corriente que toma o consume un motor, cuando desarrolla su potencia nominal y se indica en su placa de características, los valores de corriente a plena carga para motores monofásicos y trifásicos, se dan en tablas, para los fines de cálculo de las instalaciones eléctricas.

De la Figura 1.14 anterior:

A) Alimentador. El tamaño del conductor para el alimentador de dos o más motores, se calcula para la siguiente corriente:

De acuerdo al artículo 430-24 de la NOM-SEDE-001-2005.

Donde: IPC= corriente a plena carga.

Protección del Alimentador. La protección del alimentador, ya sea por medio de fusibles, interruptores automáticos (termo magnéticos o electromagnéticos) o cualquier otro tipo de interruptores, se debe calcular para una corriente que tome en consideración la corriente máxima del motor mayor más la suma de las corrientes a plena carga de los otros motores conectados al mismo circuito, es decir:

La corriente de arranque es la que toma un motor justamente durante el periodo de arranque, y es considerablemente mayor que su corriente nominal, cuando el motor ha alcanzado su velocidad normal. Esto significa que los conductores que alimentan a los motores, deben estar protegidos por un elemento contra sobrecarga, con uno capacidad suficientemente grande como para soportar la corriente de arranque por un tiempo corto.

La corriente de arranque de un motor, depende principalmente de su reactancia, y se designa en algunos motores por medio de uno letra, correspondiendo las primeros letras del abecedario a motores de alta reactancia y los últimas a motores de baja reactancia. Estas cantidades se expresan como kVA/CP a rotor frenado y se da como la corriente nominal, también en tablas. Cuando se tienen motores de los que no se conozca la letra de código, la capacidad del elemento de protección, se calcula haciendo uso de la corriente de arranque.

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B) Protección contra circuitocorto y falla a tierra.- se consideran las especificaciones necesarias para el cálculo del dispositivo destinado a la protección de los conductores de los alimentadores de motores contra sobrecorriente, debida a circuitocorto y falla a tierra

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-1 al 430-63).

C) Medios de desconexión.- Estos medios de desconexión de motores y controladores de los circuitos que lo alimentan, deben abrir todos los conductores aislados de alimentación y no deben permitir que una fase o polo pueda ser operado en forma independiente. Los medios de desconexión están en la misma envolvente del controlador.

Localización.

a) Controlador: Se debe instalar un medio de desconexión a la vista desde la posición del controlador.

b) Motor: Se debe instalar un medio de desconexión a la vista desde la ubicación del motor y de la maquina que maneja.

Para ampliar las especificaciones técnicas de de los medios de desconexión es necesario consultar los artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-101 al 430-113).

D) Protección contra circuitocorto y falla a tierra.

Protección de circuitos derivados para motores contra circuitocorto y fallas a tierra. Se especifican los dispositivos destinados a proteger a los conductores de los circuitos derivados para motores, a los aparatos de control de motores y a los motores, contra sobrecorrientes eléctricas debidas a circuitocorto o fallas a tierra.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-51 al 430-58).

E) Conductores de control del motor. En esta parte se especifica el tamaño nominal de los conductores con capacidad para alimentar un motor, transportan corriente eléctrica necesaria sin que se presente sobrecalentamiento, bajo las condiciones especificadas.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-21 al 430-29).

F) Controlador.- es cualquier desconectador o dispositivo que es utilizado para arrancar y parar un motor, cerrando o abriendo el circuito del motor.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-81 al 430-91).

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G) Circuitos de controlador del motor. El circuito de control de un aparato eléctrico o sistema de control es el circuito que transporta las señales eléctricas que gobiernan el funcionamiento del controlador, pero no transporta la corriente eléctrica del circuito principal de energía.

Protección contra sobrecorriente.- Un circuito de control de motor, derivado del lado de carga de un dispositivo o dispositivos de protección contra circuitocorto y fallas a tierra de un circuito de motor y que controle al motor o motores conectados al circuito debe estar protegido contra sobrecorriente de acuerdo con lo establecido en 430-72. Dicho circuito de control no es considerado como un circuito derivado y se permite su protección, ya sea por un dispositivo o dispositivos suplementarios o por dispositivos de protección contra sobrecorriente de circuitos derivados.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-71 al 430-74).

H) Protección contra sobre carga a los motores y circuitos derivados.

Los dispositivos de sobrecarga están destinados a proteger a los motores, a los aparatos para el control de los mismos y a los conductores de los circuitos derivados que lo alimentan, contra el calentamiento excesivo debido a sobrecargas y fallas de arranque.

Una sobrecarga de un aparato eléctrico origina una sobrecorriente que, si persiste por un tiempo prolongado, daña o calentar peligrosamente el aparato. Esto no incluye a los circuitocorto ni a las fallas a tierra.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-31 al 430-44).

I) Motor.- Es la parte de una máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía, en energía mecánica capaz de realizar un trabajo por lo que debe estar en funcionamiento correcto con sus alimentadores, circuitos derivados, protecciones (sobre carga, circuitocorto) y los controles que lo gobiernan. Consultar, artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-1 al 430-18) para más detalles.

J) Protección térmica.- Dispositivo de sobrecarga destinado a proteger a los motores, a los aparatos para el control de los mismos y a los conductores de los circuitos derivados que lo alimentan, contra el calentamiento excesivo debido a sobrecargas y fallas de arranque.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-31 al 430-44).

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K) Controlador secundarios y conductores secundarios.

Secundario del motor de rotor devanado.

a) Servicio continuo, los conductores que conecten al rotor devanado del motor con su equipo de control deben tener una capacidad de conducción de corriente no menor que 125% de la corriente eléctrica a plena carga del devanado del motor.

b) Servicio no continuo. Para un motor de c.a. que opera en servicio no continuo, los conductores deben tener una capacidad de conducción de corriente, en por ciento de la corriente eléctrica a plena carga del rotor devanado, no menor que lo especificado en la Tabla 430-22 (b).

c) Resistencia separada de los controles. Cuando la resistencia secundaria está separada de los controles del motor de rotor devanado, la capacidad de conducción de corriente de los conductores entre el control y la resistencia, no debe ser menor que la mostrada en la Tabla 430-23 (c).

Articulo de la NOM-001-SEDE-2005 (430-23).

Resistor secundario (resistencias y reactores). Se cubre a la instalación de resistencias individuales y reactores en los circuitos eléctricos.

Localización. Las resistencias y los reactores no deben colocarse expuestos a daño físico.

Espacio de separación. Cuando el espacio entre las resistencias y los reactores o entre éstos y cualquier material combustible es menor que 30 cm, debe usarse una barrera térmica.

L) Aislamiento del conductor. Los conductores aislados que se usan para conexiones entre resistencias y controles deben estar aprobados para una temperatura de operación no menor que 90 °C, según sea el ambiente de trabajo del motor.

Artículos de la NOM-001-SEDE-2005 (430-23 y 470).

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1.6.- INTRODUCCIÓN AL PROYECTO DE UNA INSTALACIÓN DE ALUMBRADO.

En cualquier instalación de alumbrado se lleva consigo la consideración de numerosas variables: ¿Cuál es el objeto de trabajo de la instalación? ¿Se trata de luz para visión, o para ventas, o para decoración? ¿Cuál es la dureza del trabajo visual a realizar y cuanto tiempo va durar? ¿Cuáles son las exigencias arquitectónicas y decorativas, junto a las limitaciones constructivas del lugar de emplazamiento? ¿Qué consideraciones económicas entran en juego? Las respuestas a tales preguntas determinan la cantidad de luz necesaria y los mejores medios para conseguirla. Puesto que los gustos y las opiniones personales varia, especialmente en materias de apariencia externa, ninguna solución de los problemas de alumbrado podrá servir para toda clase de circunstancias. Sin embargo existen ciertas reglas básicas para determinar la cantidad adecuada de luz y la buena calidad, que debe observarse siempre.

Una medida más significativa de la idoneidad de una instalación de alumbrado es la cantidad de luz que proporciona, de esta manera obtener comodidad y facilidad para realizar los trabajos de visón próxima se deben mejorar con intensidades luminosas más altas, siempre que se consiga también una adecuada calidad de luz y unas convenientes condiciones ambientales.

Así que la distribución de iluminación, lo mismo que el nivel luminoso, deberá determinado por la finalidad de la instalación. Tanto en la luz para tareas específicamente visuales, como en la luz para trabajos de producción, es conveniente colocar las luminarias de tal manera que den una iluminación razonablemente uniforme sobre toda el área. La relación entre la iluminación máxima, bajo las luminarias y la mínima en lugares situados entre dos de ellas, no deben ser nunca mayor de 3/2, y para obtener los mejores resultados debe acercarse toso lo posible a la unidad. Las luminarias son distribución ancha deben colocarse más separadas, para la misma altura de montaje, que las que tienen una distribución más concentrada. Los fabricantes proporcionan las distancias máximas para diversos tipos de equipos en función de la altura de montaje o del techo. Debe tenerse en cuenta que estas cifras son valores máximos desde el punto de vista exclusivo de una razonable uniformidad, y con frecuencia será necesaria una colocación más próxima para producir los niveles de iluminación deseados.

Cuando sea ventajoso concentrar la luz en áreas especificas de trabajo, o cuando se utilice esta para efectos dramáticos o decorativos, la iluminación uniforme no es aconsejable. En la mayoría de los restaurantes y salas de fiestas, por ejemplo, el

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contraste producido por la variación de niveles luminosos ayuda a crear una atmosfera atractiva. En ciertos tipos de comercio resulta una buena medida dirigir la iluminación sobre las zonas de venta y exposición que sobre las zonas generales de tráfico, y en otras circunstancias el uso más efectivo de la luz implica una distribución completamente distinta de la uniforme.

El plano especifico en que se va a suministrar la iluminación, o plano de trabajo, también debe tenerse en consideración. El cometido visual debe localizarse en un plano horizontal (en una mesa o en una maquina) en una superficie vertical o inclinada, o incluso en la superficie inferior de grandes objetos tal como en las secciones de montaje de una fábrica de aviones. Conviene elegir luminarias que iluminen de la mejor manera el área de trabajo.

En el área de maquinaria es frecuente el uso de la luminaria directa, en la que entre el 90 y el 100% de la luz se dirige hacia abajo, en ángulos por debajo de la horizontal como se muestra en la Figura 1.15. Un sistema de alumbrado directo es un eficaz productor de luz en la zona usual de trabajo. Sin embargo, esta eficacia se consigue frecuentemente a expensas de factores de calidad tales como sombras y deslumbramientos directos o reflejados. Las sombras, por ejemplo causan molestias a no ser que las luminarias sean de gran área o estén muy cerca unas de otras.

Figura.1.15. Luminaria en forma directa [23].

El brillo directo y el reflejado deben ser satisfactorios a causa de la alta diferencia de luminancia entre la fuente (luminaria o lámpara de exposición) y el techo y partes altas de las paredes, más oscuras. Un techo iluminado de pared a pared es una forma de luminaria de alumbrado directo. La luz procedente de lámparas o luminarias montadas en cavidades del techo se dirige hacia abajo a través de rejillas o difusores traslucidos o materiales refractantes. Cuando las lámparas están ocultas, las características de iluminación debe ser similar a las obtenidas

Plano detrabajo

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mediante un sistema de luminarias indirectas (el 90% de la intensidad de luz de la luminaria se dirige hacia el techo, en ángulos por encima de la horizontal). El brillo reflejado suele ser un problema si las luminarias visibles desde abajo, como las fuentes de luz con rejilla celular, están suficientemente altas como para producir reflexiones enojosas en la superficies especulares del plano de trabajo.

1.6.1 Clasificación del alumbrado

Este se efectúa en alumbrado general, general localizado o suplementario, depende del emplazamiento de los equipos y sus características de distribución.

-Alumbrado general.- se le denomina así a una disposición de luminarias que proporciona un nivel razonablemente uniforme de iluminación en una área interior, como se muestra en la Figura 1.16., las dimensiones físicas de la habitación, las características de distribución de lo luminaria, el nivel previsto de iluminación y el aspecto de la instalación son factores que determinan el emplazamiento de los equipos.

0- Incandescente o de mercurio

-Fluorescentes

Figura 1.16.Distribuciones típicas de luminarias para alumbrado general [23].

La distribución más uniforme se obtiene mediante la colocación simétrica de las luminarias necesarias para producir la luz deseada, se deberá establecer una colocación aproximada de las lámparas, ajustándolas de forma que el número total de ellas sea divisible por el número de filas. La distancia exacta entre las lámparas se determina dividiendo la longitud de la habitación por el número de luminarias de una fila, dando una tolerancia de alrededor de un tercio de dicha distancia entre la pared y la primera unidad. De manera similar, la distancia entre filas es la anchura de la habitación dividida por el número de filas, dejándose un tercio de esta

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distancia entre la pared y la primera fila. En techos altos de zonas industriales, esta distancia debe ser ½ del espacio entre luminaria.

Con techos bajos deberá ser generalmente de 75 a 90 cm. Como se muestra en la Figura 1.17.

L/N L/N3L/NW/R

W/R

W/3.R

L

N=NUMERO DE LUMINARIAS POR FILAR=NUMERO DE FILAS

W

Figura. 1.17 espacio entre luminarias [23].

Para una distribución uniforme de la iluminación, con la mayor parte de tipos de luminarias esas dos dimensiones deberán se aproximadamente iguales. En algunos casos, como cuando se usan lámpara fluorescentes para obtener niveles de iluminación relativamente altos, el aspecto general y la fácil instalación de los conductores recomiendan el uso de hileras continuas de luminarias, solamente separadas lo suficiente como para cumplir los requisitos de una buena distribución.

La relación entre la separación y la altura de montaje de estar dentro de los límites establecidos por las características de distribución de la luminaria. Especialmente, en el uso de fuentes de elevada potencia hay que tener gran cuidado en la selección de la capacidad luminosa, ya que las relaciones entre separación y altura de montaje imponen con frecuencia el uso de luminarias más pequeñas de las que a primera vista parecen adecuadas. Cuanto más ancha sea la distribución de las luminarias, mayor podrá ser la distancia entre ellas. Por esta razón las indirectas, que utilizan el techo como fuente de luz, deben mantenerse más separadas que las directas. Las características constructivas de una zona influyen frecuentemente sobre la colocación de luminarias. En los casos en que los techos estén divididos en zonas por vigas o carchas, se requiere generalmente la instalación simétrica de las luminarias en cada zona o par de zonas.

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-Alumbrado general localizado.-Este tipo de alumbrado consiste en colocar los equipos de alumbrado general en zonas especiales de trabajo donde se necesitan altas intensidades, bastando con la luz emitida por dichas luminarias para iluminar las áreas contiguas. Las luminarias de tipo directo, semi-indirecto (del 60 al 90% de la intensidad de luz, se dirige hacia el techo en ángulos por encima de la horizontal, mientras el resto se dirige hacia abajo.) , son las que más se utilizan, por ser absolutamente necesario disponer de una notable componente directa siempre que se trata de concentrar la mayor parte de luz sobre una zona restringida debajo de la luminaria. Este método de colocar las luces debe utilizarse ventajosamente en la iluminación de los puntos de trabajo de las grandes maquinas, los mostradores comerciales y los bancos de trabajo de las fabricas.

-Alumbrado suplementario.- el alumbrado suplementario proporciona una intensidad relativamente alta en puntos específicos de trabajo, mediante un equipo de alumbrado directo combinado con la iluminación general o localizada, como se muestra en la Figura 1.18. Con frecuencia es necesario cuando se trata de tarea visuales especial y cuando no se proporciona mayor intensidad por ninguno de los otros métodos, como así mismo cuando se requiere luz de calidad direccional para ciertas operaciones de inspección. El equipo utilizado para esta finalidad varia en la curva de distribución según el área a cubrir, la distancia del equipo al punto de trabajo y el nivel luminoso requerido. Siempre se debe tener gran cuidado de mantener una relación razonable entre las intensidades del alumbrado general y del suplementario, ya que una excesiva relación de brillos entre punto de trabajo y los alrededores crea condiciones desagradables para la visión.

Figura 1.18. Alumbrado suplementario en el área de trabajo [23].

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1.6.2.-Elección de las fuentes de luz.

La elección de las fuentes de luz (de filamento, de vapor, de mercurio, fluorescentes, etc.) depende en gran medida del aspecto del conjunto y de la economía. En ciertas aplicaciones, la gran superficie de la lámpara fluorescente es más ventajosa desde el punto de vista de bajo brillo y mínimo deslumbramiento reflejado. Por otra parte, cuando se desea un control exacto son más efectivas las fuentes más pequeñas pero de mayor brillo.

Las características de funcionamiento de las lámparas fluorescentes o de vapor de mercurio han de considerarse con gran cuidado si se proyecta instalarlas en lugares en donde se van a encender y apagar a intervalos frecuentes, o donde van a estar sometidas a fluctuaciones excesivas de la tensión de suministro, o temperaturas extremadas. Cuando la capacidad de los conductores existentes limite la potencia a instalar, la instalación fluorescente o de mercurio suele ser a menudo el único medio para resolver el problema de conseguir unos niveles más altos de iluminación. En ciertas circunstancias, el color de la fuente de la luz y la consecución de un efecto agradable son factores decisivos a favor de un tipo u otro de lámparas.

1.6.3 Elección de equipo.

La distribución de la intensidad luminosa (candelas) propia para la aplicación en cada caso particular de alumbrado, debería ser la primera consideración en la elección de un equipo de alumbrado. Las luminarias deberán elegirse de acuerdo con sus características de distribución, adecuadas a las necesidades de la situación dada.

La eficacia de una luminaria da idea de la calidad de sus materiales y diseño. Cualquier control aplicado a la emisión luminosa de una lámpara desnuda se traduce en absorción de la luz. Generalmente, cuanto mayor sea el grado de control alcanzado, mayor será la perdida de luz. En muchas instalaciones, el uso de luminarias de baja eficacia es justificable ante la idea de conseguir el efecto deseado. Por ello no es práctica la comparación de eficacias de distintos tipos de luminarias. Sin embargo, las que producen el mismo tipo de control luminoso se compensan en función de su eficacia, prefiriéndose las que la tengan mayor.

Las conexiones eléctricas cuidadosamente hechas en las luminarias garantizan un funcionamiento eficaz y sin averías. Los equipos construidos según las especificaciones de las compañías aseguradoras y verificadas por ensayos de laboratorio se consideran fiables en cuanto al logro de los mejores resultados.

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La construcción mecánica es importante en toda clase de tipos de luminarias, pero requieren una atención especial en las proyectadas para las fuentes de luz fluorescente más largas. En esencial que las partes de metal sean lo suficientemente robustas para mantener alineados los diversos elementos y poder soportar con seguridad los relativamente pesados accesorios. Otro factor también importante es la accesibilidad que han de tener las lámparas y las demás partes eléctricas para su manipulación y limpieza.

La apariencia externa de la luminaria deberá estudiarse con relación a la arquitectura y a la decoración de la zona a la que se destina. Las necesidades dependerán en una cierta medida de que se trate de una instalación funcional.

1.7.-ALUMBRADO GENERAL PARA ÁREAS INDUSTRIALES.

Las luminarias (generalmente colocadas simétricamente) que proporcionan un nivel de iluminación razonablemente uniforme a toda una zona constituyen un sistema de alumbrado general. Un buen sistema de alumbrado general hace posible el cambio de emplazamiento de la maquinaria sin necesidad de alterar el alumbrado, asimismo permite la utilización total de la maquinaria sin necesidad de alterar el alumbrado, y asimismo permite la utilización total de la superficie del suelo. Algunos procesos de fabricación deben iluminarse suficientemente solo mediante un buen sistema de alumbrado suplementario en maquinas determinadas o en lugares de trabajo. Incluso cuando se suministra luz localizada para una tarea determinada, se requiere por razones de seguridad un sistema de alumbrado general, como también para mantener relaciones razonables de brillo en toda área. Cuando las zonas tales como bancos de trabajo están pegadas a la pared, se proveerán de una línea de luminarias.

En las zonas de gran altura de techo los trabajos se realizan generalmente con objetos tridimensionales más bien grandes, de características de reflexión difusa. En estas circunstancias, la tarea visual no es difícil ni se presenta ningún problema de deslumbramiento reflejado.

Para estas aplicaciones conviene una fuente de luz que tenga una alta emisión luminosa, tal como una lámpara fluorescente de mercurio, de mercurio o de incandescencia de alta potencia. Estas fuentes en reflectores directos producen luz con un componente direccional que causa ligeras sombras, y zonas luminosas que ayudan a la visión. Las lámparas de mercurio o fluorescentes de mercurio suelen ser más económicas para alumbrado de zonas de gran altura.

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Con frecuencia algunas lámparas de filamento se agregan a las instalaciones de mercurio para proporcionar algo de luz disponible inmediatamente después de una interrupción del servicio eléctrico. La naturaleza del trabajo a realizar y la seguridad del servicio eléctrico exigen la instalación de lámparas de filamento con este fin.

En estas zonas de gran altura en que se fabriquen materiales espectaculares se recomiendan fuentes de relativamente gran superficie y gran brillo. El uso de lámparas fluorescentes proporciona un medio práctico para obtener el nivel de iluminación adecuado.

1.7.1 Análisis de la tarea visual.

Distintas combinaciones de estos factores (brillo, el tamaño, el contraste y el tiempo), dan lugar a una infinita variedad de problemas de alumbrado industrial. La selección del mejor tipo de alumbrado para una situación determinada lleva consigo la consideración de la cantidad de luz, el grado de difusión, la dirección y la calidad espectral. La cantidad adecuada de luz para realizar cómodamente una tarea visual concreta es siempre un requisito fundamental. Algunos tipos de trabajo se llevan a cabo mejor con luz difusa, al objeto de eliminar las sombras. Otras admiten una fuerte componente direccional, lo que incluso es preferible en algunos casos en los que deben apreciarse irregularidades de contorno y superficie. En algunas aplicaciones, las imágenes reflejadas de una fuente de bajo brillo en una zona extensa pueden mejorara la visibilidad; en cambio en otras reflexiones, especialmente si la fuente es de alto brillo, son en extremo molestas. Algunos procesos de inspección se llevan mejor a cabo con luz transmitida que con luz reflejada.

1.7.2 Selección del equipo en áreas industriales.

La selección de la fuente y del equipo depende tanto de razones económicas como de la naturaleza de la tarea visual y del contorno. La extensión y forma de la zona a iluminar, la refléctancia de las paredes, techos y suelos, las horas de funcionamiento anuales, la potencia nominal y otros factores menos importantes deben tenerse en cuenta al seleccionar el equipo idóneo, que habrá de ser económico tanto por su funcionamiento como por su instalación. El grado requerido de fidelidad de color es también importante en la elección de la fuente de luz.

Calidad de alumbrado.- La iluminación de interiores involucra las consideraciones referentes a la calidad, tales como las relaciones de brillo, deslumbramiento directo, reflectancias y acabados apropiados de paredes, suelos,

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elementos estructurales y maquinas. La importancia de estos factores de calidad varía de acuerdo con la severidad y duración de la tarea visual, pero nunca deben olvidarse.

Ambiente agradable.- La gente realiza sus trabajos mejor en un ambiente en el que estén a gusto. Por ello, el proyecto de un buen alumbrado incluye consideraciones que conciernen a todo contorno. A menudo se puede hacer mucho en este sentido coordinando las combinaciones de colores, modelos de luz y entramado de los interiores con la selección de la fuente de luz y luminarias.

Forma del local.- Al proyectar instalaciones de alumbrado general, es preciso considerar la forma del local para seleccionar una luminaria que tenga distribución adecuada. Independientemente de la altura de montaje, las luminarias de distribución ancha son adecuadas para ocales anchos con respecto a ella. A no ser que se trate de casos en los que el proceso visual se realiza en gran parte sobre superficies verticales, las luminarias de distribución estrecha son recomendables en habitaciones altas y estrechas para dirigir la luz hacia la zona de trabajo mejor que hacia la parte superior de las paredes, donde sería menos útil. La capacidad de una luminaria dada para dirigir la luz hacia el plano de trabajo en locales de diversas formas se juzga comparando los coeficientes de utilización para las distintas formas del local.

Costo de mantenimiento.- En zonas cuyo alumbrado va a ser utilizado casi continuamente, el costo inicial es de menos importancia comparado con el mantenimiento. Así, las fuentes de alta eficacia (mercurio, fluorescentes, o fluorescentes de mercurio) con vida larga y alta emisión luminosa resultan muy interesantes para reducir los consumos y la conservación. Por otra parte en casis en el que las lámparas se utilizan durante periodos más cortos, el costo inicial es más importante y es recomendado el uso de lámparas de filamento a pesar de su eficacia más baja. La potencia nominal es otra de las consideraciones fundamentales en la economía del alumbrado. Unas mayores potencias nominales y unos costos más elevados del equipo y las lámparas justificables si redundan en un sistema de mayor eficacia y en una reducción de los costos de funcionamiento.

Fidelidad del color.- En muchas zonas industriales no es esencial distinguir los colores con gran exactitud, y el aspecto de las personas es menos importante que en las zonas comerciales. En tales instalaciones, las lámparas de mercurio proporcionan un alumbrado muy barato y se emplea frecuentemente.

Cuando se requiere un buen rendimiento de color se consideran lámparas de filamento: fluorescentes o fluorescentes de mercurio.

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Cuando es requisito especial un excelente rendimiento de color y no se van a realizar inspecciones críticas de color, es recomendado como mejores fuentes individuales las lámparas fluorescentes tipo blanca fría de lujo. Las lámparas fluorescentes blanca cálida de lujo resulta satisfactoria para aplicaciones e que se desea obtener un atmosfera cálida.

Mantenimiento.- Un programa bien planteado y bien ejecutado del mantenimiento del alumbrado es de primordial importancia para sacar el mayor partido posible del dinero invertido o empleado en hacer funcionar en sistema de alumbrado industrial. Los resultados se traducen en una mayor cantidad de luz por unidad monetaria, en el orgullo de los propietarios y en la mejora de la moral a causa de la apariencia más limpia. Muchos programas incluyen un plan de reposición de lámparas así como de limpieza de las luminarias y de limpieza y repaso de las superficies de los locales y maquinarias.

1.7.2.1Alumbrado suplementario para áreas industriales.

El alumbrado suplementario se añade al general para tareas visuales difíciles o procesos de inspección que no pueden iluminarse satisfactoria o prácticamente con el alumbrado general, según las necesidades, una cantidad adicional de luz en un punto o en una zona especifica, una luz recibida según otra dirección o bien de un color o calidad diferente.

El cálculo de una instalación de alumbrado suplementario requiere un análisis detenido del detalle que ha de verse y del tipo y colocación de alumbrado que proporcionara la mejor visibilidad al trabajador sin causar deslumbramiento a otras personas. También es necesario coordinar el alumbrado suplementario con el general, de tal manera que se mantengan relaciones razonables de brillo entre la tarea visual y sus alrededores inmediatos. Las siguientes sugerencias son útiles:

a) Un detalle espectacular (brillante) sobre un fondo difuso (mate, no espectacular). Si el fondo es oscuro, como cuando se trata de ver un rasguño o una señal rayada sobre una pieza de metal oscuro, la mejor forma de verlo es iluminándolo con una fuente colocada de tal manera que refleje el brillo de una fuente desde la raya hacia los ojos del observador; así la marca aparece brillante recortándose sobre un fondo obscuro. Si el fondo tiene un alto poder reflector, el contraste puede ser mayor si la fuente se coloca de forma que la imagen reflejada del detalle se dirija lejos de los ojos del observador, apareciendo el detalle obscuro sobre un fondo claro.

b) Un detalle difuso sobre un fondo difuso.- Cualquier tipo de luz que evite el excesivo deslumbramiento directo suele ser satisfactorio. Las sombras son

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interesantes cuando se trata de objetos tridimensionales, pero también deben evitarse cuando la tarea visual se efectúa sobre superficies planas. Una excepción es la inspección de arrugas, abultamientos, abolladuras o grietas se la superficie, casos estos en los que una pequeña fuente de luz concentrada y brillante dirigida hacia la superficie según un ángulo muy sesgado hará aparecer las irregularidades más brillantes o más oscuras que la zona circundante.

c) Un detalle difuso sobre fondo espectacular: un ejemplo de este tipo de tarea visual es la lectura de graduaciones sobre una escala de acero. Para estas aplicaciones, el máximo contraste puede crearse en general mediante la utilización de una fuente de área relativamente grande y bajo brillo, emplazada de tal manera que el fondo especular refleje la imagen de la fuente hacia los ojos del observador y el detalle aparezca oscuro sobre un fondo claro.

1.7.3.-Diseños de luminarias.

Las luminarias para lámparas de filamento, de mercurio o fluorescentes de mercurio destinadas al alumbrado de zonas de gran altura son cerradas, abiertas ventiladas o abiertas sin ventilar. Las cerradas son generalmente del tipo “servicio

duro” con tapa de vidrio para obtener el reflector y la fuente de luz de los depósitos

de suciedad.

Este equipo mantiene la iluminación durante largos periodos sin necesidad de limpiezas frecuentes del reflector, y por ello se usa en lugares donde la atmosfera esta sucia o llena de humo. Sin embargo, la eficacia inicial de la luminaria es más baja debido a la tapa de vidrio, y la instalación es más cara que la de tipo abierto.

Las luminarias abiertas y ventiladas han remplazado ampliamente al tipo no ventilado, se muestran en la Figura 1.19 En las ventiladas, la suciedad se va acumulando sobre la lámpara y el reflector mucho más despacio, debido a las corrientes de aire creadas por el calor de la lámpara. Este tipo se recomienda para toda clase de aplicaciones en lugares de gran altura, excepto para aquellos en que el aire este frecuentemente cargado de polvo o los humos atacan al reflector de aluminio. En estas zonas se deberá usar siempre luminarias de “servicio duro”

cerradas o lámparas reflectoras.

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a) b)

Figura 1.19. Luminaria, a) abierta o ventilada, b) cerrada o no ventilada [24].

Para crear un ambiente de trabajo optimo y eficaz es conveniente combinar con el alumbrado suplementario, anteriormente se hizo referencia a este, para el alumbrado industrial se añade para tares difíciles o procesos de inspección que no se iluminan satisfactoria o prácticamente con el alumbrado general es según las necesidades, una cantidad adicional de luz en un punto o en una zona especifica, una luz recibida según otra dirección o bien de un color o calidad diferente.

El cálculo de una instalación de alumbrado suplementario requiere un análisis detenido del detalle que ha de verse y del tipo y colocación del alumbrado que proporcionara la mejor visibilidad al trabajador sin causar deslumbramiento a otras personas. También es necesario coordinar el alumbrado suplementario con el general, de tal manera que se mantengan relaciones razonables de brillo entre la tarea visual y sus alrededores inmediatos.

Las luminarias para alumbrado suplementario se dividen en cinco grupos generales:

a) equipos concentrados con haz direccional, como reflector de haz estrecho, combinaciones de lentes reflectores, o lámparas reflectoras o proyectoras; equipos con una distribución extensiva de alto.

b) distribución extensiva moderada.

c) nivel de brillo, comprendido desde las lámparas de filamento con globos reflectores hasta luminarias fluorescentes directas.

d) equipos de bajo brillo, generalmente panales luminosos uniformes.

e) suplemento para la detección de irregularidades en las superficies pulidas.

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Las luminarias para alumbrado suplementario se montan por lo general de manera permanente sobre la maquina, o en lugar donde va a ser usada. Se encuentran dotados de brazos móviles o placas giratorias para ajuste individual. En ciertas circunstancias como, por ejemplo, en trabajos de reparación de automóviles o aviones, resultan extremadamente útiles los equipos portátiles de alumbrado suplementario, que pueden cambiarse de lugar a voluntad.

1.8.- PUESTA A TIERRA

Basado en el artículo 250-1 de la norma oficial mexicana (NOM-001-SEDE-2005) se establece las especificaciones que debe cubrir, la unión y la puesta de tierra en las instalaciones eléctricas.

Se deben conectar a tierra equipos, tableros y estructuras, por razones de seguridad del personal y protección del equipo. Los sistemas eléctricos se conectan a tierra para reducir el riesgo de shock al personal y a la vez proporcionar una trayectoria a tierra para las corrientes inducidas en el sistema por descargas atmosféricas; para cumplir con estos objetivos, es esencial que las conexiones a tierra tengan una resistencia muy baja.

Es virtualmente imposible garantizar una absoluta seguridad en el sistema de tierras bajo todas las circunstancias, debido a las condiciones desfavorables.

Algunos factores que tienen un papel importante en el diseño del sistema de tierras son los siguientes:

Ø La resistencia del terreno: Esta cantidad se expresa en ohm-m y representa la resistencia de un centímetro cubico de tierra, medida entre superficies opuestas.

Ø El tamaño o extensión del sistema de tierras: Este es un factor importante, ya que si el sistema es muy pequeño para manejar grandes corrientes de falla, exististe gradientes de potencial sobre la superficie, haciendo riesgoso esto para el contacto. En forma ideal, la resistencia de un sistema de tierras debe ser cero ohms para reducir cualquier tensión o gradiente de potencial, debido a las corrientes de fuga esto es prácticamente imposible.

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1.8.1 Efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano.

Estos efectos son dañinos para el personal que labora dentro de las instalaciones, depende esencialmente de los siguientes factores:

- La intensidad de la corriente.

- El tipo de corriente (continua, a la frecuencia industrial o de 60 Hz, o bien, corrientes de alta frecuencia).

Los efectos ocasionados son:

1.- Choque eléctrico propiamente dicho, definido como una sensación desagradable de acción temporal, que ocurre cuando una corriente pasa el umbral de percepción.

2.-Perdida de control muscular, que ocurre cuando una corriente es tal que una persona sujetando un electrodo energizado no se suelta espontáneamente.

3.- Perdida de la respiración, que es consecuencia tanto de una contracción prolongada de los músculos respiratorios como de los efectos de la corriente sobre el centro de control de la respiración en el cerebro.

4.- Interrupción de la circulación sanguínea, ocasionado por la fibrilación del corazón, que es la causa más frecuente de muertes de la víctimas de accidentes eléctricos.

5.-Produccion de quemaduras, que ocurre cuando un accidente involucra a tensiones elevadas.

Impedancia y otras características del circuito.

Los dispositivos de protección contra sobrecorriente, la impedancia total, las corrientes de interrupción de los componentes y otras características del circuito que haya que proteger, se deben elegir y coordinar de modo que permitan que los dispositivos para protección del circuito contra fallas, operen sin causar daños a los componentes eléctricos del circuito.

Se debe considerar que se presenta la falla entre dos o más de los conductores del circuito o entre cualquier conductor del circuito y el conductor de puesta a tierra o la canalización metálica que lo rodea (NOM-001-SEDE-2005,110-10).

Los siguientes valores, se toman como referencia en choque de corrientes con frecuencias de 60 Hz.

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- 0.5 mA como umbral de percepción de la corriente eléctrica. - 1.1 mA como el umbral de la percepción para el 50 % de la población. - 6 mA pérdida del control muscular en el 0.5% de las mujeres. - 9 mA pérdida de control muscular en el 0.5% de los hombres. - 10.5 mA pérdida del control muscula en el 50% de las mujeres. - 16 mA pérdida del control muscular en el 50% de los hombres. - 20 – 30 mA posibilidad de asfixia.

La corriente directa (frecuencia cero) no es letal como la corriente alterna 60 Hz, y se consideran los siguientes valores.

- 3.5 mA umbral de percepción para el 50 % de la mujeres. - 5.2 mA umbral de percepción para el 50% de los hombres. - 41 mA pérdida de control muscular en 0.5% de las mujeres. - 62 mA pérdida del control muscular en el 0.5% de los hombres. - 500 mA fibrilación del corazón 3 segundos.

Cuando se proyecta un sistema de conexión a tierra para corrientes la frecuencia industrial (60 Hz), se debe verificar una corriente eléctrica que circulara por el cuerpo humano, tomando posesión en las localidades más desfavorables o más probables.

Para esto es necesario conocer una razonable precisión una resistencia eléctrica que se opone al paso de la corriente, o sea con valores máximos admisibles de corriente de choque en cada situación. En las siguientes figuras 1.20, se muestran los circuitos equivalentes para representar las llamadas tensiones de paso y de contacto.

Circuito para corriente de toque.

Circuito para corriente de paso.

Figura1.20 Circuitos de toque y paso [6].

R1

R2R2

R3R3

Ip

º

R

I

I R1

R2R2

R3R3

r

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1.8.2.-Elementos principales de un sistema de tierras.

Los sistemas de tierra, dependiendo de la instalación de que se trate, están constituidos por diferentes elementos, pero principalmente están formados por los siguientes:

A) Dispersores y electrodos.

Es un cuerpo metálico puesto a tierra en contacto directo con el terreno, con el fin de dispersar en el mismo las corrientes eléctricas canalizadas por los demás elementos del sistema de tierra, siendo los tipos más usuales:

a) Electrodo de varilla de acero con recubrimiento de cobre, de 13, 16.9 y 19 mm. de diámetro por 3.05 m de longitud.

b) Electrodos de placa sencilla o de varias placas de tipo rehilete, se muestran en la figura 1.21.

Figura. 1.21 Tipos de electrodos más usuales [6].

B) CONDUCTORES.

Deben ser cables trenzados de cobre electrolítico semiduro desnudo o con aislamiento; el tipo y tamaño se seleccionan en cada caso particular, de acuerdo con los requerimientos de cada instalación en particular.

Otro factor importante es la resistencia del suelo, que es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se denomina "Resistividad Aparente" que para el interés de este trabajo, será conocida simplemente como "Resistencia del suelo".

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En la NOM-022-STPS-1999 se define el término resistividad, como la resistencia que ofrece al paso de la corriente, un cubo de terreno de un metro por lado.

De acuerdo con la NOM-008-SCFI-1993, Su representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m, cuya acepción es utilizada internacionalmente.

La resistencia del suelo es siempre creciente o decreciente en el aumento de la profundidad. El aumento en la resistividad se da, por ejemplo, cuando se encuentran rocas.

Medición de la resistencia del suelo.

El procedimiento para la medición de resistencia del suelo, más usado es el método de los cuatro puntos o método de WENNER.

Este método consiste en enterrar en el suelo cuatro electrodos de las mismas características y longitud ℓ conectados al óhmetro, como se muestra en la siguiente figura 1.22. El aparato hace circular una corriente eléctrica (I) entre los electrodos C1 y C2 y se mide una diferencia de potencial (V) entre los electrodos

P1 y P2 de manera que se obtiene la relación El valor de la resistividad a

una profundidad dada y con una separación entre electrodos d se obtiene con la expresión:

ℓ ℓ

Si d es mayor que 20 ℓ, entonces, se simplifica:

ℓ Longitud del electrodo en cm.

Radio del electrodo en cm.

Figura. 1.22 Medición de la resistencia del suelo [6].

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CAPITULO 2.

“ANALISIS, EVALUACIÓN Y

DIAGNOSTICO DE LA SITUACIÓN

ACTUAL”

REFERENCIAS

[1] Departamento de Recursos Materiales del CECyT 11 Ing. Edmundo Ceja [2] Aportación de “Propuesta de optimización del sistema eléctrico en el laboratorio de procesos

industriales del CECyT”Wilfrido Massieu”

[3] Programa CYMGrd Versión 6.3 Revisión 7 Copyright © 2006

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CAPITULO II “Análisis, Evaluación Y Diagnostico De La Situación Actual”

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CAPITULO II

ANÁLISIS, EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES DEL CECyT 11.

En este capítulo se presenta la situación actual de la instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales del Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos No. 11 “Wilfrido Massieu Pérez” que se encuentra ubicado en Avenida

de los Maestros No. 217 Colonia Casco de Santo Tomas C.P. 11340, en donde se lleva a cabo el presente proyecto.

Este análisis se desarrolla a partir de la información proporcionada por la institución mencionada, información valiosa para llevar a cabo un análisis profundo de la situación actual de las instalaciones eléctricas dentro de este espacio y con esto brindar una solución adecuada a las necesidades del lugar de trabajo.

Prácticamente cualquier empresa o en este caso tratándose de una institución educativa tiene la necesidad de garantizar la integridad física del personal que ahí labora además de salvaguardar la infraestructura, para lo cual se hace necesario mantener instalaciones eléctricas adecuadas, bien protegidas y con un excelente nivel de iluminación.

El laboratorio debe ser un lugar seguro para trabajar donde no se deben permitir fallas o descuidos. Para ello se tendrán siempre presente los posibles peligros asociados al trabajo.

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2.1 Análisis físico del lugar.

El CECyT 11 se encuentra distribuido en áreas para usos específicos como lo son aulas, control escolar, biblioteca, área de cómputo, cafetería y las naves donde se encuentran los laboratorios, en la figura 2.1 se muestra la zona específica de estudio marcada con el número 80.

04. Gobierno 32. Áreas verdes 45. Plaza cívica 08. Auditorio 35 Cancha de futbol 50. Administrativo 11. Biblioteca 36. Caseta de vigilancia 60. Aulas 17. Gimnasio 37. Andadores y pasillos 70. Laboratorios 25. Cafetería 38. Estacionamiento 80. Laboratorios y talleres

Figura 2.1 Plano de conjunto del CECyT 11. [1]

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El área de trabajo a la que está enfocado este proyecto, se encuentra ubicado en la zona de laboratorios y talleres, específicamente es la que se encuentra marcada en la figura 2.2 con el número 30.

Figura 2.2 Plano del área de laboratorios y talleres. [1]

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Enseguida se muestra la nomenclatura de la figura 2.2.

26. Bodega 40. Almacén de ensaye 54. Aula de procesos 27. Almacén de Procesos 41. Almacén de uso continuo 55. Caseta de soldadura 28. Pasillo 42. Cubículo II 56. Laboratorio de Computo 29. Sala de Profesores 43. Sala de juntas 57. Caseta de Soldadura 30. Taller de máquinas y herramientas.

44. Oficina de Procesos 58. Anexo CAE

31. Laboratorio numérico 45. Cubículo III 59. Caseta de Soldadura 32. Sala de espera 46. Archivo de Talleres 60. Caseta de Soldadura 33. Pasillo 47. Aula de Construcción 61. Escalera 34. Área Secretarial 48. Escaleras 62. Almacén de Soldadura 35. Pasillo 49. Área Secretarial 63. Caseta de Soldadura 36. Laboratorio de ensaye

50. Caseta de soldadura 64. Caseta de Soldadura

37. Cubículo I 51. Coordinación de Procesos 65. Caseta de soldadura 38. Jefatura de talleres 52. Almacén de Herramientas 66. Caseta de soldadura 39. Bodega de Procesos 53. Aula de Instalaciones

A continuación se describe la situación en la que se encuentra operando el sistema eléctrico en las instalaciones del laboratorio de procesos industriales.

2.1.1 Descripción de los equipos del laboratorio.

En la tabla 2.1 se muestra la cantidad de equipos existentes en el área de trabajo.

Tabla 2.1 Cantidad de maquinas en el laboratorio. [2]

ELEMENTO No. DE ELEMENTOS

TORNOS 38

FRESADORAS 16

ESMERILES 5

PANTOGRAFOS 3

CORTADORA 1

TALADRO 1

Las dimensiones del laboratorio de procesos industriales son: 34 metros de largo, y 23 metros de ancho, con una superficie de 782 metros cuadrados.

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La imagen 2.3 muestra la distribución de las maquinas que se mencionaron en la tabla 2.1.

Figura 2.3: Distribución de cada uno de los equipos en el laboratorio de Procesos Industriales del

CECyT 11. [2]

A continuación se describen las características de cada uno de los equipos, así como la situación en que se encuentran actualmente.

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2.1.1.1 Tornos

Estas máquinas se usan con mayor frecuencia en el laboratorio de procesos industriales, así que se deben tener en óptimas condiciones de funcionamiento, como todos los tornos son del mismo modelo, marca y motor, se muestran sus datos de placa en la tabla 2.2.

Tabla 2.2 Datos de placa de tornos. [2]

DATOS DE PLACA DE TORNOS MARCA Reuland Electric

POTENCIA K-2CP FRECUENCIA 50-60 Hz

RPM 1500-1800 TENSIÓN(V) 220-440 220-440

CORRIENTE(A) 8.2-4.1 7-3.5

En la tabla 2.3 se describen las condiciones en las que se encuentran cada uno de los tornos.

Tabla 2.3 Condiciones actuales de los tornos. [2]

No.DE TORNO

OBSERVACIONES

1

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados.

La carcaza no se encuentra puesta a tierra. Operando

2

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

3

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados y perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

4 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

Operando

5

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores perforados La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

6

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra No opera

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7

Aislamientos de los conductores alimentadores flameados La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Devanados del motor quemados

8

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados y perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

9

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados y perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

10

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

11

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

12 Falta mantenimiento

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

13 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

14

Aislamientos de los conductores alimentadores perforados La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Sin sistema de arranque No opera

15 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

16 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

17

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados y perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

18

Aislamientos de los conductores alimentadores flameados La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Falta mantenimiento No opera

19

Aislamientos de los conductores alimentadores flameados La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

20 La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

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21

Aislamientos de los conductores alimentadores flameados La carcaza no se encuentra puesta a tierra

No opera

22 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

23

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

24 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

25 La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

26 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Devanados del motor quemados

27 Falta mantenimiento

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

28 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados y perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

29 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

30 Aislamientos de los conductores alimentadores deteriorados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra No opera

31 La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

32 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

33 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

34 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

35 La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

36 La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

37 En condiciones óptimas de funcionamiento. 38 En condiciones óptimas de funcionamiento.

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2.1.1.2 Esmeriles

El laboratorio de procesos industriales se cuenta con 5 esmeriles, con características idénticas, los datos de placa de estas maquinas se muestran en la tabla 2.4.

Tabla 2.4 Datos de placa de esmeriles. [2]

DATOS DE PLACA DE ESMERILES MARCA DE MOTOR Paramount

CP ½ TENSIÓN (V) 127

VELOCIDAD (RPM) 3440 CORRIENTE (A) 5.7

FRECUENCIA (Hz) 60 FASES 1

Mediante una inspección visual de cada uno de estos equipos, se obtienen los resultados mostrados en la tabla 2.5.

Tabla 2.5 Condiciones actuales de los esmeriles. [2]

No. DE

ESMERIL OBSERVACIONES

1

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

2 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

3 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

4 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

5

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores perforados y

flameados. La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

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2.1.1.3 Pantógrafos

Los 3 pantógrafos existentes en el laboratorio de procesos industriales cuentan con un motor que tiene las características mostradas en la tabla 2.6.

Tabla 2.6 Datos de placa de los pantógrafos. [2]

DATOS DE PLACA DE PANTOGRAFOS MARCA DE MOTOR ASEA

CP 1 CORRIENTE (A) 2.3 y 4.7

FASES 3 TENSIÓN (V) 440 y 220

FRECUENCIA (Hz) 60 VELOCIDAD 3400

Mediante una inspección visual de cada uno de los pantógrafos, sobresalen las características de la tabla 2.7.

Tabla 2.7 Condiciones actuales de los pantógrafos. [2]

No. DE

PANTOGRAFO OBSERVACIONES

1

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados y

perforados. La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

2 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

3 Aislamientos de los conductores alimentadores deteriorados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

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2.1.1.4 Cortadora

En el laboratorio solo se cuenta con una cortadora, que debe encontrarse en condiciones óptimas de operación, las características de esta cortadora se muestran en la tabla 2.8.

Tabla 2.8 Datos de placa de cortadora. [2]

DATOS DE PLACA DE CORTADORA MARCA DE MOTOR AEG

TENSION (V) 220 Y 440 CORRIENTE (A) 1.8 Y 3.8

FRECUENCIA (Hz) 60 VELOCIDAD (RPM) 1200

CP ¾

Las condiciones de la cortadora se observan en la tabla 2.9.

Tabla 2.9 Condiciones actuales de la cortadora. [2]

Cortadora OBSERVACIONES

1

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

2.1.1.5 Taladro de pedestal.

Los datos de placa del motor del taladro de pedestal son las mostradas en la tabla 2.10.

Tabla 2.10 Datos de placa de cortadora. [2]

DATOS DE PLACA DE TALADRO DE PEDESTAL MARCA DE MOTOR SIEMENS

CP 1 TENSIÓN (V) 220

FRECUENCIA (Hz) 60 FASES 3

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La tabla 2.11 muestra las condiciones en que se encuentra el taladro.

Tabla 2.11 Condición actual del taladro. [2]

Taladro OBSERVACIONES

1

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores perforados.

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

2.1.1.6 Fresadoras

Las 16 fresadoras existentes en este laboratorio cuentan con un motor con las características mostradas en la tabla 2.12.

Tabla 2.12 Datos de placa de las fresadoras. [2]

DATOS DE PLACA DE FRESADORAS MARCA DE MOTOR Parker

CP ¾ TENSIÓN (V) 220

FRECUENCIA (Hz) 60 FASES 3

CORRIENTE (A) 3 VELOCIDAD (RPM) 3370

Se realizo una inspección visual de cada uno de estos equipos, arrojando las observaciones de la tabla 2.13.

Tabla 2.13 Condiciones actuales de las fresadoras. [2]

No. DE FRESADORA

OBSERVACIONES

1

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

2 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra No opera

3 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

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4

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

5 Falta mantenimiento

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

6

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

7 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

8 La carcaza no se encuentra puesta a tierra

Operando

9 Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

10 Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

11

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

12

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

13 Falta mantenimiento

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

14

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores flameados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

15

Falta mantenimiento Aislamientos de los conductores alimentadores perforados

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

16 Falta mantenimiento

La carcaza no se encuentra puesta a tierra Operando

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2.2 Instalación Eléctrica.

En los siguientes puntos se describen las condiciones en las que se encuentran las instalaciones eléctricas del laboratorio de procesos industriales, para con esto proponer una solución para un correcto funcionamiento.

2.2.1 Sistema De Alumbrado

La instalación eléctrica de los luminarios está distribuida por el techo del lugar, los luminarios son suspendidos por cadenas que tienen una longitud de 3.5 metros de largo.

Se tienen instalados 72 luminarios distribuidos en el área de trabajo que es de 23 metros de ancho por 34 metros de largo. Cada luminario cuenta con 2 lámparas de 39 watts color blanco frio y balastro de encendido instantáneo.

La iluminación no fue calculada para el tipo de trabajo que se realiza actualmente en esta zona de trabajo, ya que al inicio fue proyectada como un almacén y desde su instalación no ha sido modificado.

Para controlar los luminarios, se cuenta con 8 interruptores temomagnéticos de 30 amperes, cada uno de estos interruptores controla 9 luminarios y seis toma corrientes monofásicos.

El tablero que controla estos circuitos tiene las siguientes características: tablero de distribución alumbrado y contactos de 24 polos, tipo NQOD204L11, 3 fases, 4 hilos, 120/240 V.c.a., marca SquareD, con zapatas principales de 100 Ampers.

Estos circuitos permanecen energizados durante la mayor parte del día aunque no se esté realizando ningún trabajo o actividad tal y como se muestra en la imagen 2.4.

Figura 2.4: Iluminación inutilizada. [2]

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Otro aspecto referente a la iluminación es que si se está trabajando en un solo torno se tienen que encender las lámparas de todas las maquinas para que se obtenga un mejor nivel de iluminación, esto se ilustra en la figura 2.5.

Figura 2.5: Control de los luminarios. [2]

En una visita al laboratorio de procesos industriales del CECyT 11, se toma el nivel de iluminación que se tiene con las lámparas instaladas actualmente, para esto se hace uso de un medidor del nivel de iluminación (luxómetro) y un transportador para medir la intensidad a distintos ángulos sobre la superficie de trabajo, en la figura 2.6 se observa el método empleado.

Figura 2.6 Medición intensidad de iluminación. [2]

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Los resultados obtenidos se observan en la tabla 2.14.

Tabla 2.14 Medición de nivel de iluminación. [2]

Lámpara 2x39 W (Luz Blanco Frio)

Angulo (°) Luxes 0° 340 10° 280 20° 280 30° 270 40° 260 50° 240 60° 210 70° 200 80° 170 90° 120

Los resultados de la tabla 2.14 se despliegan en la curva ISO lux de la figura 2.7 la que muestra que el valor máximo de iluminación en el área de trabajo es de 340 luxes.

Figura 2.7 Curva Isolux. [2]

.

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2.2.2 Canalizaciones y Cableado

Con lo que corresponde a la instalación de tuberías y cableado, no se encuentra en condiciones seguras para trabajar, ya que las instalaciones se están desarmando, además de que los aislamientos de los conductores y el aislamiento de los empalmes están dejando al descubierto los conductores como se muestra en la figura 2.8 y 2.9.

Figura 2.8. Aislamientos deteriorados y cables expuestos. [2]

Figura 2.9 Instalación errónea y mala colocación de canalización. [2]

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2.2.3 Sistemas de protección contra corto circuito

Para la protección, cada una de las maquinas cuenta con su propio sistema de protección, para el caso de los tornos se utiliza un interruptor tipo cuchilla de 3 polos 1 tiro con un elemento fusible de 30 Amperes, cada uno de los 36 tornos que se encuentran conectados cuentan con este tipo de protección.

Posteriormente se encuentra un interruptor Termomagnético de 3 polos 1 tiro, con capacidad para interrumpir una corriente de 50 amperes, cada uno de estos temomagnéticos protege a 3 tornos. En un centro de carga se coloca este interruptor y dos más de estas mismas características, para así tener controlados en este punto 9 tornos.

Las características de estos centros de carga se muestran en la tabla 2.15.

Tabla 2.15 Características de los centros de carga de los tornos. [2]

CENTRO DE CARGA MARCA SQUARE D VOLTS 220 FASES 3 HILOS 4

No. DE CIRCUITOS 12 CIRCUITOS USADOS 9

CIRCUITOS DISPONIBLES 3

Y a su vez para proteger estas 9 maquinas se encuentra un interruptor tipo cuchilla de 3 polos 1 tiro con 3 elementos fusibles de 100 amperes, tal como se muestra en la imagen 2.10.

Figura 2.10 Interruptor de 3X100 Amperes. [2]

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Posteriormente se encuentra un tablero en el que se dividen 2 circuitos con protección de 3x50 amperes cada uno, el primero protege a 16 maquinas fresadoras, las cuales individualmente cuentan con su protección por interruptor tipo cuchilla de 3x30 amperes.

El segundo circuito controla 5 esmeriles, los cuales a su vez cuentan con su protección por interruptor de cuchilla de 2 polos 1 tiro con elemento fusible de 30 amperes, a su vez se encuentran conectados 3 pantógrafos, 1 cortadora y 1 taladro, todos ellos cuentan con su protección individual de interruptor tipo cuchilla de 3 polos 1 tiro con elemento fusible de 30 amperes.

Toda la carga instalada está protegida con un interruptor tipo cuchilla con elemento fusible de 400 amperes como se muestra en la figura 2.11.

Figura 2.11 Interruptor General de 400 Amperes. [2]

2.3 Subestación

En este caso la subestación alimenta toda la carga instalada dentro del plantel, se plantea un nuevo diseño para su sistema de tierras.

A continuación se mencionan los componentes que se encuentran actualmente en la subestación del plantel.

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2.3.1 Transformador

Este elemento es primordial, ya que por medio de él se suministra la cantidad de potencia necesaria para alimentar todos los circuitos, para conocer detalladamente a este dispositivo se presenta en la tabla 2.16 sus datos de placa.

Tabla 2.16 Datos de placa del transformador. [2]

TRANSFORMADOR MARCA GENERAL ELECTRIC 300 KVA 23 000/220/127 V

FASES FRECUENCIA

(Hz) %Z CLASE CORRIENTE (A) GARGANTAS

ELEVACION DE TEMPERATURA

ALTITUD

3 60 2.75 OA A.T 7.534 B.T 787.32 SIN GARGANTAS

85°C 2300MSNM

A su vez en el transformador se encuentran datos como lo son sus derivaciones y el peso de los elementos que lo componen, esto se observa en la tabla 2.17.

Tabla 2.17 Características adicionales del transformador. [2]

VOLTS ALTA TENSIÓN

POSICION CONECTADA VOLUMEN DE

ACEITE 878

LITROS 24000 1 1 CON 2 PESO DEL TRANSFORMADOR 23000 2 2 CON 3 ELEMENTO KG 22000 3 3 CON 4 PESO DE ACEITE 790 21000 4 4 CON 5 NUCLEO BOBINAS 800

20000 5 5 CON 6 TANQUE DE

ACCESO 610

19000 6 6 CON 7 PESO TOTAL 2200

2.3.2 Protección de alta tensión del transformador

Este dispositivo es colocado para no causar daños al transformador del lado de alta tensión, en caso de que se tenga un nivel de corriente superior a la esperada, en este se cuenta con un elemento fusible con las características de la tabla 2.18.

Tabla 2.18 Capacidad del fusible de alta tensión del transformador [2]

TENSIÓN (VOLTS) CAPACIDAD (AMPERS) 23 000 20

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2.3.3 Protección de baja tensión del transformador

En este caso se cuenta con un tablero en el que se encuentra alojado un interruptor Electromagnético de 3 polos 1 tiro, para proteger al transformador en caso de que la corriente requerida por los circuitos derivados exceda la que entrega el transformador, esta protección cuenta con las características de la tabla 2.19.

Tabla 2.19 Capacidad del interruptor de baja tensión del transformador. [2]

TENSIÓN (VOLTS) CAPACIDAD (AMPERS) 220 1600

2.3.4 Tablero de distribución

En tablero se distribuyen los circuitos en todo el CECyT 11, este tablero cuenta con una protección de tipo Termomagnético de 3 polos 1 tiro que tiene las siguientes características.

Tabla 2.20 Capacidad del tablero de distribución.

TENSIÓN (VOLTS) CAPACIDAD (AMPERS) 220 800

2.3.5 Sistema de puesta a tierra de la subestación.

La subestación del CECyT 11 tiene las siguientes dimensiones: 7 metros de largo y 9 metros de ancho, en donde están alojados todos los elementos antes mencionados.

El sistema de puesta a tierra se encuentra conformado con los siguientes elementos: 6 electrodos de 2 metros de largo y diámetro de 5/8 de pulgada estos están distribuidos en el perímetro de la zona de trabajo, se cuenta con un tendido de cables de 2 conductores a lo largo y 3 conductores a lo ancho, el conductor es de calibre 6.

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La distribución de la red de tierra se muestra en la figura 2.12.

Figura 2.12 Distribución de la red de tierra actual. [3]

Todo lo antes mencionado se visualiza de forma más explícita en el diagrama unifilar actual, mostrando la forma en que se encuentran distribuidos los circuitos, así como sus protecciones, tuberías y conductores que se encuentran instalados actualmente. (Ver anexo 1).

2.4 DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES DEL CECyT 11.

Basados en la NOM-025-STPS-2008 para las condiciones de iluminación en los centros de trabajo recomienda un nivel de iluminación mínimo de 500 luxes y la recomendación de la Sociedad Mexicana de Ingenieros en Iluminación (SMII), el nivel requerido de iluminación para este tipo de trabajo tiene que ser de 600 luxes, lo cual no se cumple, ya que el nivel actual obtenido mediante la medición con un luxómetro dio como resultado un valor máximo de 340 luxes.

Con referencia a la NOM-001-SEDE-2005 a continuación se mencionan los artículos en los que irrumpe la instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11.

En el articulo 200-7[1] especifica que los receptáculos y conectores deben ser puestos a tierra, lo cual no se encuentra actualmente instalado dentro del laboratorio de procesos industriales.

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El circuito alimentador que llega desde la subestación hasta el tablero general del laboratorio, no incluye conductor de puesta a tierra y con esto no cumple con el artículo 215-6. [1]. Debido a que no se cuenta con conductor de puesta a tierra, ninguno de los elementos de la instalación eléctrica se encuentra puesto a tierra violando los artículos 250-5-b[1] y 250-42[1].

Debido a que es una institución educativa los alumnos utilizan sus computadoras, las cuales conectan a los tomacorriente que no se encuentran puestos a tierra irrumpiendo el articulo 250-45[1].

Las instalaciones no cuentan con la canalización adecuada incumpliendo artículo 300-11[1].

La instalación eléctrica quebranta los artículos 300-12[1] y 300-13[1] como lo muestra la figura 3.13 no hay continuidad mecánica o eléctrica entre la canalización y entre los cables.

Figura 2.13 Discontinuidad de la canalización y conductores. [2]

Dentro de la instalación, no se encuentran identificadas las fases mediante un código de colores infringiendo el artículo 310-12-c [1].

Así mismo, los tableros del laboratorio de procesos industriales no se encuentran puestos a tierra violando el articulo 384-20[1]. A su vez ninguna de las maquinas y sus controladores están puestos a tierra quebrantando el articulo 430-141[1].

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2.5 Propuesta de solución.

Por los artículos que se describieron con anterioridad se considera necesario realizar una nueva instalación eléctrica en el laboratorio, para evitar realizar una inversión mayor si en algún momento llegase a ocurrir un disturbio y se tengan que cambiar los equipos y maquinas que son las que tienen mayor costo.

En este proyecto propone un nuevo diseño de las instalaciones eléctricas contemplando la iluminación, conductores, protecciones y canalizaciones que satisfagan las necesidades del laboratorio de procesos industriales, y se pretende utilizar tecnología que permita que los usuarios tengan una mejor calidad de la energía y que desarrollen sus actividades de la mejor forma posible, con el menor riesgo de daño tanto para el personal, maquinas y herramientas con las que se cuenta, cumpliendo con cada uno de los artículos y lineamientos de la NOM-001-SEDE-2005 aplicables a esta instalación.

Se propone implementar el Controlador Lógico Programable (PLC), que permita el control en el sistema de alumbrado y la utilización de los tornos, para de esta manera evitar que personal no calificado haga uso de estos equipos.

Además de proponer un nuevo sistema de puesta a tierra de la subestación del CECyT 11, obteniendo los valores máximos de tensión mediante un paquete computacional diseñado para calcular este sistema.

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CAPITULO III “Aplicación de la propuesta de solución”

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CAPITULO 3.

“APLICACIÓN DE LA PROPUESTA DE

SOLUCIÓN”

REFERENCIAS

[1] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-001-SEDE-2005), Instalaciones Eléctricas (Utilización). [2] Aportación de “Propuesta de optimización del sistema eléctrico en el laboratorio de procesos

industriales del CECyT” Wilfrido Massieu”

[3] http://www.tecinsaguate.com/siemens/siemens.pdf

[4] http://www.holophane.com.mx/pdf/principios%20de%20iluminacion.pdf

[5] http://www.simcli-iluminacion.com/NIVELES%20DE%20ILUMINACION%20EN%20MEXICO.pdf

[6] http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=AD643128&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf

[7] http://www.luz.philips.com/latam/archives/es_guia_de_produtos_lamp_09.pdf

[8] http://www.luz.philips.com.mx/archives/Alto%20T5.pdf

[9]http://www.beck-ipc.com

[10] http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r48466.PDF

[11]Programa FST4.01.16 Copyright 1985-2000 FESTO AG & Co [12]Norma IEEE-80-2000 Sistemas de puesta a tierra.

[13] Programa CYMGrd Versión 6.3 Revisión 7 Copyright © 2006

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CAPITULO III “Aplicación de la propuesta de solución”

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CAPITULO 3

APLICACIÓN DE LA PROPUESTA DE SOLUCIÓN

En este capítulo titulado “Aplicación de la Propuesta de solución” se ofrece una

solución que cubra todas las necesidades en materia de seguridad física e integral en el laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 y de esta manera generar confianza en el área de trabajo, de que van a contar con instalaciones seguras y en óptimas condiciones de operación.

3.1 Sistema de alumbrado

El sistema de alumbrado se desarrolla el Método de los lúmenes para la aplicación en el alumbrado de interiores, está basado en la determinación del flujo luminoso necesario para obtener una iluminación media deseada en el plano de trabajo.

Considerando el nivel de iluminación de la NOM-025-STPS-2008 para las condiciones de iluminación en los centros de trabajo, en este caso laboratorios de precisión se requiere una iluminación de mínimo 500 luxes, a su vez la Sociedad Mexicana de Ingenieros en Iluminación (SMII) recomiendan un nivel de 600 luxes. Se toma el nivel de iluminación más alto, para que el trabajo que se desarrolla en las instalaciones del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 sea mejor.

Se propone que en el área de tornos se coloque un alumbrado suplementario, es decir proporcionar una intensidad relativamente alta en puntos específicos de trabajo, mediante un equipo de alumbrado directo combinado con la iluminación general. Para proyectar un sistema de alumbrado, lo primero que se requiere es elegir un equipo que proporcione el máximo confort visual y el más alto rendimiento.

Para esta propuesta se emplean lámparas de vapor de mercurio a alta presión, estas son usadas principalmente para iluminar naves industriales ya que el periodo de mantenimiento es muy largo y tienen un mayor rendimiento lumínico (lm/W), lo que permite la utilización de lámparas de menor consumo a igualdad de flujo luminoso.

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CAPITULO III “Aplicación de la propuesta de solución”

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Las lámparas de mercurio que se emplean para la iluminación del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 tienen las siguientes características:

· Luminario propuesto: No. HPLN400W

· Categoría III

· Tipo de lámpara: Vapor de mercurio a alta presión

· Catalogo: Philips

· Dimensiones: Diametro:121.5mm Altura: 290 mm

· Lumen lámpara: 22 000 lumen

· Lumen luminario: 22 000 lumen

Para cada uno de los tornos se usan luminarios de 2*28 watts que tienen las siguientes características:

· Luminario propuesto: No. 161018 · Categoría V

· Tipo de lámpara: Lámpara fluorescente T5 alta salida de luz

· Catalogo: Philips

· Dimensiones: 1163 mm

· Lumen lámpara: 2750 lumen

· Lumen luminario: 5500 lumen

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CAPITULO III “Aplicación de la propuesta de solución”

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3.1.1 Cálculo de lámparas de mercurio para área de tornos

Para esta área se colocan luminarios de mercurio, que entreguen un nivel de 200 luxes, para que sean iluminados en forma general los pasillos. Se calcula por el método de cavidad zonal. [4]

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3.1.2 Cálculo de lámparas de mercurio para área de esmeriles, pantógrafos, cortadora, taladro y fresadoras.

Para esta área se colocan luminarios de mercurio, que entreguen un nivel de 600 luxes. Se calcula por el método de cavidad zonal. [4]

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En la figura 3.1 se muestra la distribución de los luminarios de mercurio, se colocan 16 en el área donde se encuentran las fresadoras, esmeriles, pantógrafos, cortadora y taladro y 6 luminarios en el área de los tornos.

Figura 3.1 Distribución de los luminarios de mercurio.

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3.1.3 Cálculo de las lámparas fluorescentes.

Tomando en cuenta que las 6 lámparas de mercurio no suministran la cantidad de iluminación necesaria, se coloca un luminario por cada uno de los tornos, para así encender la lámpara de la máquina que se necesita, esto solo se considera para estas máquinas, ya que son las que se usan con mayor frecuencia.

De esta forma se realizan los cálculos para este tipo de trabajo, se utiliza de nuevo el método de cavidad zonal usando un luminario de 2 lámparas de 38 watts.

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Los luminarios fluorescentes encienden con el sistema de arranque de la máquina, la distribución de las lámparas se muestran en la figura 3.2.

Figura 3.2 Distribución de las lámparas fluorescentes. [2]

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3.2 Sistema de fuerza Se elabora la propuesta del proyecto eléctrico tomando en cuenta las necesidades en el laboratorio de procesos industriales del CECyT 11, usando todos los artículos aplicables de la NOM-001-SEDE-2005. Con la aplicación de los artículos, se realizan los cálculos de los elementos necesarios para la nueva instalación eléctrica, estos resultados se muestran en el anexo 2, con los que obtienen los planos del diagrama unifilar y el de los cuadros de carga que se muestran en el anexo 3, los planos contienen la siguiente información.

· Numero de circuito · Carga conectada · Watts totales · Corriente del circuito · Tensión · Distancia del circuito derivado · Calibre del conductor · Interruptor del circuito derivado · Caída de tensión · Número de conductores por fase · Interruptor principal · Caída de tensión del alimentador · Conductor del alimentador · Corriente del alimentador

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3.3 Sistemas de arranque de la maquinaria.

Toda la maquinaria se controlara por medio de una estación de botones y arrancadores electromagnéticos, sólo los tornos tendrán un sistema de arranque especial que posteriormente se explicará.

3.3.1 Sistema de control para el arranque de fresadoras, pantógrafos, esmeriles, cortadora y taladro.

Cada una de estas máquinas contará con sistema de arrancadores electromagnéticos y protección contra sobrecarga.

En la figura 3.3 se presenta el diagrama de fuerza para el arranque de estas máquinas.

Figura 3.3 Diagrama de fuerza para el control de arranque de las máquinas. [2]

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Adjunto al diagrama anterior se muestra en la figura 3.4 el diagrama de control para el arranque de la máquina.

Figura 3.4 Diagrama de control de las máquinas. [2]

El diagrama de la figura 3.4, funciona como a continuación se explica:

Se energiza el sistema y la lámpara verde se encuentra encendida, lo cual indica que el circuito está en condiciones de operación.

Se procede a presionar el botón de arranque, acto seguido se energiza la bobina que lleva el nombre de A, posteriormente se cierra el contacto de enclave para que la corriente siga fluyendo sin la necesidad de tener presionado el botón de arranque.

A continuación los contactos que encienden a la lámpara verde se abren y cierra el contacto de la lámpara roja lo cual indica que el sistema se encuentra operando.

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3.3.2 Sistema de control para tornos.

Como se menciono, los tornos son los que se usan con mayor frecuencia en las instalaciones, las cuales se encuentran energizadas en todo momento, debido a esto los alumnos en forma irresponsable manipulan la maquinaria sin supervisión alguna, lo cual causa accidentes al operario y daños a la maquinaria. Para dar solución a esta problemática se realiza un control especial para la máquina, de tal forma que las únicas personas que puedan administrar el uso de esta herramienta sean los profesores adjuntos a este taller.

Esto se realiza a través de un Controlador Lógico Programable (PLC) que se ubica dentro de la sala de profesores y desde una computadora que se encuentre conectada al Controlador Lógico Programable (PLC) se cargue el programa necesario para hacer funcionar algunas máquinas en particular.

3.3.2.1 Características del Controlador Lógico Programable (PLC)

El Controlador Lógico Programable (PLC) es de la marca FESTO, el modelo es FEC FC21, del y sus características se muestran a continuación algunas de sus características.

En la figura 3.5 se muestra una vista superior del Controlador Lógico Programable (PLC) a emplear en el control de los tornos. Este dispositivo tiene las siguientes medidas: 130 milímetros de largo, 80 milímetros de ancho y 60 milímetros de alto.

Figura 3.5 Vista superior del Controlador Lógico Programable (PLC). [9]

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En la imagen 3.6 se muestran los componentes del lado de las entradas del FC 21.

Figura 3.6 Componentes de entrada del FEC 21[9]

Así mismo en la tabla 3.1 se detalla el elemento que corresponde a cada uno de los números que se encuentran en la figura 3.6.

Tabla 3.1 Elementos de entrada del PLC [9]

No. Descripción 1 Alimentación del sensor 24 V DC 100mA 2 Alimentación del sensor 0 V 3 Entrada E0.0 4 Entrada E0.1 5 Entrada E0.2 6 Entrada E0.3 7 Entrada E0.4 8 Entrada E0.5 9 Entrada E0.6

10 Entrada E0.7 11 Según potencial S0 para E0.0-E0.7 12 Entrada E1.0 13 Entrada E1.1 14 Entrada E1.2 15 Entrada E1.3 16 Según potencial S1 para E1.0-E1.7 17 Selector Inicio/Paro 18 Potenciómetro analógico 19 Led de encendido 20 Led de estado

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En la figura 3.7 se muestran los componentes de salida del Controlador Lógico Programable.

Figura 3.7 Componentes de salida del FEC 21[9]

La nomenclatura de la figura 3.7 se describe en la tabla 3.2.

Tabla 3.2 Elementos de salida del PLC [9]

No. Descripción 21 Alimentación L 22 Alimentación N 23 Tierra de trabajo 24 Salida A0.0 25 Salida A0.1 26 Salida A0.2 27 Salida A0.3 28 Conexión común C0 29 Salida A0.4 30 Salida A0.5 31 Conexión común C1 32 Salida A0.6 33 Salida A0.7 34 Conexión común C2 35 Conexión para ampliación (EXT) 36 Interface serie (COM)

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3.3.2.2 Instalación del Controlador Lógico Programable (PLC) FC 21

Al instalar el módulo FC 21 se debe de tomar en cuenta las condiciones ambientales en las que trabajara normalmente el aparato.

El Aparato no debe ser instalado:

· En zonas expuestas a mucho polvo, neblina de aceite, polvo conductor o gas corrosivo.

· Directamente en zonas expuestas a golpes o vibraciones.

· En zonas expuestas a altas temperaturas, luz solar directa, humedad o lluvia.

· Cerca de aparatos o líneas de alta tensión.

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3.3.3 Control de arranque para los tornos

El diagrama de fuerza para el control de estas máquinas, en esencia continúa siendo el mismo que para el resto de las máquinas, sólo cambia en que se le ha agregado un interruptor reversible tipo tambor, ya que en estas máquinas es necesario que trabaje el motor hacia adelante y en reversa, el diagrama de fuerza que se emplea para los tornos se muestra en la figura 3.8.

Figura 3.8 Diagrama de fuerza para cada uno de los tornos. [2]

En las características del FC 21, las entradas como las salidas trabajan a un nivel de tensión de 24 volts de Corriente Directa, en la entrada se conecta una estación de botones la cual permitirá o impedirá el paso de la corriente para hacer actuar el circuito. A la salida del Controlador se coloca un relevador con contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, este debe trabajar a 24 volts.

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En la figura 3.9 se muestra el diagrama de control a emplear.

Figura 3.9 Diagrama de control para cada uno de los tornos. [2]

El circuito de la figura 3.9 funciona de la siguiente forma:

La estación de botones se encuentra conectada a la entrada del controlador FC 21, cuando se encuentre el sistema en condiciones iniciales, es decir sin estar energizado, la lámpara verde estará encendida lo cual indica que esa máquina se encuentra en condiciones de operar.

Al presionar el botón de arranque, dentro del dispositivo actúa un relevador que funciona como enclave para el sistema, posteriormente a la salida del controlador se encuentra un relevador que trabaja a 24 volts, este se energiza y hace que se abran o cierren los contactos que lleven el mismo nombre.

Primero se energiza la bobina B para que el arrancador funcione, en este mismo instante se enciende la lámpara de señalización color roja indicando que la máquina esta energizada y lista para usarse.

Posteriormente se energiza el balastro de la lámpara que se colocó por encima de la máquina y de esta forma tener el nivel de iluminación necesario para trabajar.

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3.3.3.1 Codificación del Controlador Lógico Programable (PLC) FC 21

El controlador, trabaja mediante códigos que son fáciles de programar, la programación se realiza mediante el software llamado Beck Automation Office, en especial para el FC 21 se usa el FST 4, este se proporciona por la compañía con la que se adquieren los controladores.

Dentro de los comandos que se programan en el FC 21 se muestran en la tabla 3.3.

Tabla 3.3 Comandos para la programación del FC 21[10]

Comando Descripción AND Realiza la función lógica AND (Multiplicación)

CMP n Empieza la Ejecución de un módulo del Programa DEC Decrementa un operador Multibit

IF Maraca el inicio de la parte condicional INC Incrementa un operando multibit

JMP TO Salto a un paso SWAP Intercambia el byte alto por el byte bajo

TO Indica el destino de la carga NOP No hacer nada, sin condiciones. OR Realiza la operación lógica OR (Suma)

OTHRW Aplica cuando la condición es falsa RESET Para cambiar a estado lógico 0

ROL Gira a la izquierda los bits de un acumulador ROR Gira a la derecha los bits de un acumulador SET Para cambiar a estado lógico 1

THEN Indica el inicio de la parte ejecutiva WITH Para indicar parámetros de funciones LOAD Carga un valor en el acumulador

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También se tienen una serie de operadores que auxilian para que el código sea menos complejo, estos operadores se muestran en la tabla 3.4.

Tabla 3.4 Operadores para programar el FC 21[10]

Operador Descripción N NOT V Asignación Decimal

V$ Asignación Hexadecimal + Suma - Resta * Multiplicación / División < Menor que > Mayor que

<> Diferente <= Menor o igual >= Mayor o igual

3.3.3.2 Conexión del Controlador Lógico Programable (PLC) FC 21

Para comenzar a realizar las descargas de los programas de la computadora al controlador FC 21 se deben de seguir los siguientes pasos:

· Conectar el FEC al ordenador de desarrollo por medio del cable de conexión (FECKSD2).

· Para ello enchufar el extremo del FEC KSD2 provisto del conector RJ11 en el conector hembra rotulado COM.

· Conectar el otro extremo con una interface libre del ordenador de desarrollo.

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La conexión se debe de observar como en la figura 3.10:

Figura 3.10 Conexión del FC 21 y el ordenador. [9]

En la figura 3.10 se observan los elementos para llevar a cabo la programación del FC 21 que es el que se encuentra identificado con el numero 1, el cable detallado con el número 2 es el cable KSD2 y el numero 3 se refiere al ordenador por medio del que se dan las instrucciones al controlador.

En el laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 cuenta con 36 tornos y uno sólo controlador no es suficiente, debido a esto se conectan 5 controladores, los que se acoplan como se muestra en la figura 3.11.

Figura 3.11 Conexión del FC 21 en serie. [9]

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En la figura 3.11 los elementos marcados con el numero 1 se refiere a la alimentación del sensor de +24 volts de corriente continua, en el numero 2 tenemos la toma local de corriente de 127 Volts de Corriente Alterna.

Identificado con el número 3 se tiene el cable Crossover FEC KSD4, con el numero 4 se refiere a que se tomara este controlador como maestro y el controlador marcado como 5 se tomara como esclavo, de esta misma forma se trabaja con los demás controladores.

3.3.3.3 Programación del Controlador FC 21

En la figura 3.12 se muestra el diagrama a bloques de la programación del controlador lógico programable (PLC).

Figura 3.12 Diagrama a bloques de Programación del Controlador Lógico Programable. [2]

Identificación del icono del programa FST-4

El programa con el que se realizan los códigos para controlar cada uno de los tornos es el FST 4, a continuación se explica de forma detallada el método a seguir para realizar el control de uno de ellos.

Primero se procede a buscar en la barra de inicio de la computadora el icono que identifica el programa y a continuación se pulsa el botón izquierdo del ratón.

Identificación del icono del FST-4

Nombrar un nuevo proyecto

Configuración del controlador

Nombrar un nuevo programa

Introducción de las sentencias de elementos

de entrada

Direccionamiento de los elementos de entrada

Introducción de las sentencias de elementos

de salida

Direccionamiento de los elementos

de salida

Compilación del programa

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En la siguiente figura 3.13 se observa el icono del programa a utilizar.

Figura 3.13 Icono del Programa FST4. [11]

De esta forma se encuentra abierto el programa.

Nombrar un nuevo proyecto

Posteriormente en la barra de menú, se pulsa el botón izquierdo del ratón al menú titulado Project, a su vez se despliega una lista de opciones en la cual se va a escoger la pestaña de new, lo cual desplegara una nueva ventana, en la cual se coloca el nombre al proyecto, en este caso el nombre es CECYT11 como se muestra en la figura 3.14.

Figura 3.14 Creación del nuevo proyecto del Programa FST4. [11]

Configuración del controlador.

A continuación se vuelve a presionar el botón izquierdo del ratón en la opción aceptar, enseguida se despliega otra ventana en la cual aparece en el primer campo el nombre del proyecto creado, en el segundo campo la fecha y hora en que se creó el proyecto, en el siguiente campo se elige el tipo de controlador a usar, se elige el FEC que es el modelo designado para este proyecto.

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En el último campo se escribe un comentario como el siguiente: “Laboratorio de

Procesos industriales”, esto debe quedar como en la figura 3.15.

Figura 3.15 Datos del controlador a usar en el programa FST4. [11]

Nombrar un nuevo programa

Se pulsa aceptar, después de esto en la barra de herramientas se abre un documento en blanco, se pulsa esta opción y aparece otra pantalla donde se crea el programa en ella aparecen tres campos, en este caso el único campo a modificar es el último, se coloca un comentario como el siguiente: “TORNO 1”,

esto debe terminar como la figura 3.16.

Figura 3.16 Nombrando el nuevo programa. [11]

Se pulsa la opción aceptar y se despliega la nueva página que es donde se comienza a meter los códigos para controlar los dispositivos.

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Introducción de las sentencias de los elementos de entrada.

Se comienza con el listado de instrucciones como se redacta a continuación.

Primero se coloca la sentencia que iniciara el programa, colocando los elementos de entrada, que a su vez controlara el estado de la salida, se da el código de la primera línea como se muestra en la figura 3.17.

Figura 3.17 Primera línea del código. [11]

Terminada la primera línea en el teclado del ordenador se presiona la tecla confirmar, posterior a este paso aparece otra ventana en la cual se debe de direccionar el elemento de entrada que se introdujo.

Direccionamiento de los elementos de entrada

En el primer caso se coloca el siguiente código: “I0.0”, cada uno de estos elementos se describen en la tabla 3.5.

Tabla 3.5 Nomenclatura del primer elemento de entrada [2]

I 0 0 Esta letra se refiere a que es un elemento de entrada.

Este digito se refiere al bloque de entradas al que se va a conectar.

Por último este digito hace alusión al número de entrada específico en que se va a conectar el elemento.

En el siguiente campo se coloca automáticamente el nombre del operador de entrada que se dio en la primera línea y por último se escribe un comentario para saber a qué tipo de elemento se trata.

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Esta ventana debe quedar como en la figura 3.18.

Figura 3.18 Direccionamiento del botón de arranque. [11]

Introducción de las sentencias del elemento de salida

Se pulsa la opción aceptar, después de esto se coloca la segunda línea del código que es direccionar el elemento que va a actuar a la salida cuando opere el dispositivo de entrada.

El código ahora se ve como el mostrado en la figura 3.19.

Figura 3.19 Segunda línea del código. [11]

Direccionamiento de los elementos de salida.

De la misma manera se debe de direccionar el elemento de salida, esto debe verse como la figura 3.20.

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Figura 3.20 Direccionamiento del elemento de salida. [11]

De la misma manera en la tabla 3.6 se muestra la nomenclatura del direccionamiento del elemento de salida.

Tabla 3.6 Nomenclatura del elemento de salida. [2]

O 0 0 Esta letra se refiere a que es un elemento de salida.

Este digito se refiere al bloque de salida al que se va a conectar.

Por último este digito hace alusión al número de salida específico del bloque donde se va a conectar el elemento.

De la misma forma se programa el botón de paro como elemento de entrada, con el nombre de B1A, este se direcciona a la entrada “I0.1”.

El programa tiene la estructura mostrada en la figura 3.21.

Figura 3.21 Tercera línea del código. [11]

En la siguiente línea se da la instrucción de que en el momento en que se presiona el botón de paro, la bobina se desenergiza, por último se coloca una sentencia en la cual se da la instrucción de que si en algún momento se llegara a dar una falla en el suministro de energía del controlador o una falla interna del mismo, se desconecte el sistema.

Por lo tanto, el código para controlar el torno número 1 se muestra en la figura 3.22.

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Figura 3.22 Vista final del programa. [11]

Compilación del programa

Terminado el programa se debe verificar que este no tenga algún error y que los códigos son correctos, para esto en la barra de herramientas se presiona el icono con el nombre de Compilar el Módulo Activo (Compile Active Module), posterior a esto aparece una nueva pantalla, como la mostrada en la figura 3.23.

Figura 3.23 Compilación del programa. [11]

En la figura 3.23 se muestra que el código no tiene errores y que está listo para ser cargado al controlador FC 21, para esto se sigue este procedimiento.

En la barra de herramientas se localiza el icono de transferir archivo (file transfer), se presiona este icono y automáticamente el programa se carga en el controlador.

De esta forma se realizan los códigos para el resto de los tornos, direccionando en diferentes entradas y salidas del controlador, así mismo con otros nombres de los elementos de entrada y de salida.

3.4 Sistema de puesta a tierra de la subestación.

Debido a que el sistema de puesta a tierra que se encuentra actualmente instalado en la subestación del CECyT 11 es ineficiente porque han ocurrido accidentes al personal, ya que este sistema de puesta a tierra no logra limitar de forma correcta las tensiones de paso (entre los dos pies) y tensiones de contacto (entre pies y manos) dando de esta forma seguridad al personal que en el momento de una falla pudiera encontrarse dentro de la subestación.

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Como en esta institución se imparte la carrera de técnico en instalaciones y mantenimiento eléctrico, los alumnos y profesores de esta carrera están en constante uso de la subestación para el conocimiento de los elementos de esta, por lo tanto es necesario limitar el potencial entre las partes no conductoras de corriente del equipo eléctrico a un valor de seguridad, bajo todas las condiciones de operación normal o anormal del sistema. Por esto se plantea un nuevo diseño para el sistema de puesta a tierra en la subestación del Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos “Wilfrido Massieu Pérez”, considerando la norma NRF-011-CFE-2004 para Sistema de Tierra para Plantas y Subestaciones Eléctricas, así como el articulo 921-25[1]. 3.4.1 Cálculo de la corriente de corto circuito del transformador. La corriente máxima de falla a tierra se calcula con algunos datos que son indispensables en un transformador, como lo es la tensión nominal del lado de baja tensión, su capacidad y el valor de la impedancia del transformador. La corriente de corto circuito se calcula mediante la siguiente fórmula:

Sustituyendo valores:

Por lo tanto el valor de la corriente de corto circuito del transformador de 300 kVA conexión delta-estrella aterrizada es de:

Icc=32.134 kA

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3.4.2 Cálculo del tamaño del conductor de puesta a tierra de la subestación. El tamaño del conductor del sistema de puesta a tierra para una subestación, se calcula mediante la siguiente formula.

Donde: A= Área del conductor en mm2

ICC= Corriente Máxima de Corto Circuito Tm= Temperatura máxima admisible en °C [12]

Tα= Temperatura ambiente en °C αr= Coeficiente térmico [12]

ρr=Resistividad del conductor a una temperatura de 1°C [12]

k0=1/ αr

Tc= Tiempo de duración de falla en segundos Tcap=Capacidad térmica por unidad de volumen [12] Tr=Constante de temperatura °C [12]

De la norma NRF-011-CFE-2004 para sistema de tierras de plantas y subestaciones eléctricas se toman las constantes del material de cobre recocido del conductor de puesta a tierra, las cuales se muestran en la tabla 3.7.

Tabla 3.7 Constantes del cobre recocido. [1]

Descripción % Conductividad αr k0 Tm ρr Tcap Cobre recocido 100 0.00393 234 1083 1.72 3.42

Tomando un promedio de temperatura en la Ciudad de México de 23°C y considerando los datos de la tabla 3.7 se sustituyen los valores en la siguiente ecuación.

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CAPITULO III “Aplicación de la propuesta de solución”

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Con respecto a la tabla 10-8 [1] el conductor del sistema de puesta a tierra por el cálculo anterior debe de ser del tamaño 33.6 mm2 (2 AWG) ya que tiene una área de 43.2 mm2. El conductor de entrada a la acometida es de 600 kcmil refiriéndose a la tabla 250-94[1], el tamaño mínimo para la malla del sistema de puesta a tierra es de tamaño 67.4 mm2 (2/0 AWG) para conductor de cobre, se selecciona el conductor conforme a este articulo. 3.4.3 Cálculo del Número de electrodos. Es de gran importancia tener el conocimiento del número de electrodos que se van a usar dentro del sistema de puesta a tierra de la subestación del CECyT 11 para disipar los valores de tensión indeseables. Primero por la norma RFC-011-CFE-2004 se calcula la resistencia preliminar en el sistema de tierra debe efectuarse mediante la siguiente ecuación:

Donde: Rm= Resistencia de tierra en ohms Ρ= Resistividad promedio del suelo en Ω-m A= Área ocupada por la rejilla para tierra en m2 LT= Longitud total de los conductores enterrados en m. Por información del departamento de Recursos Materiales del CECyT 11 la resistividad del terreno en la zona donde se encuentra ubicada esta institución es de un promedio de 20Ω-m. La subestación del CECyT 11 tiene las siguientes dimensiones: 7 metros de largo y 9 metros de ancho, dando como resultado un área de 63 m2. La reticulación de la malla del sistema de puesta a tierra se considera de la siguiente manera, a lo largo se colocan 14 conductores desnudos de tamaño 67.4 mm2 (2/0 AWG) y a lo ancho 18 conductores desnudos del mismo tamaño, lo cual da una longitud total de los conductores de 252 metros.

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Sustituyendo valores en la ecuación anterior:

El número de electrodos necesarios para esta subestación se calculan mediante la siguiente ecuación:

En donde: RV= Resistencia de la varilla Rm= Resistencia Preliminar deseada Para calcular la resistencia de la varilla se utiliza la fórmula:

Donde: Ρ= resistividad del terreno en Ω-m L= longitud del electrodo (m) r= radio del electrodo (m) Se usa varilla de 0.015875 metros de diámetro (5/8”), teniendo estos datos se procede a realizar el cálculo, primero de la resistencia de la varilla.

Con el resultado anterior se calcula el número de electrodos:

Con estos valores se simula el sistema de puesta a tierra necesario para esta subestación, se usa un programa llamado CYMGrd, a continuación se explica la forma en que se desarrolla el diseño. Por cálculo resultan 6 electrodos para esta subestación, pero para tener mayor seguridad se considera colocar tres electrodos más para realizar una distribución uniforme dentro del área de trabajo.

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3.4.4 Diseño del sistema de puesta a tierra con el programa CYMGrd

Figura 3.24 Diagrama a bloques de la configuración del sistema de puesta a tierra

en el CYM-Grd [2]

Identificación del icono del Programa CYM-Grd Se procede a localizar en la barra de menús del ordenador el icono que representa el programa que es el que se muestra en la figura 3.25 y se pulsa sobre él.

Figura 3.25 Icono del programa CYMGrd. [13]

Identificación del icono del Programa CYM-Grd Crear un nuevo proyecto Parametrización

del suelo

Selección de las barras del sistema de puesta a

tierra.

Selección del conductor del sistema de puesta a tierra

Selección de las varillas del sistema de puesta a

tierra Obtención de resultados.

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Seguido a esto se abre el programa desplegándonos la pantalla que se muestra en la figura 3.26.

Figura 3.26 Pantalla de inicio del programa CYMGrd. [13]

Crear un nuevo proyecto Se crea un nuevo proyecto en el que se debe de llenar primero el campo que muestra el titulo del estudio y posteriormente el nombre del proyecto, además de direccionar a donde va a ser guardado el proyecto y se pulsa la opción aceptar, esta ventana debe de quedar llena como se muestra en la figura 3.27

Figura 3.27 Creación del nuevo proyecto en CYMGrd. [13]

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Parametrización del suelo A continuación en la barra de menús se pulsa en la opción de suelo, se despliega un submenú y se elige la opción de parámetros, aparece otra ventana en la cual se llenan algunos campos. Se debe de llenar el campo en donde se le da el nombre a los parámetros del terreno, en este caso en la siguiente opción elegimos el terreno uniforme y una temperatura ambiente de 23°C para que corresponda a lo calculado, se coloca un peso corporal de 70 kg en promedio y un espesor de la capa superficial de 0.2 metros, el material de la capa superficial es asfalto, al elegir este tipo de material, de forma automática se predetermina un valor de resistividad, solo resta colocar el tiempo de duración de la falla, que se considera de 8 ciclos (0.133 segundos). Acto seguido se posiciona en la ventana del proyecto, específicamente en el área inferior izquierda, que es en el lugar en donde se colocan los datos de las varillas y conductores.

Selección de las barras del sistema de puesta a tierra

A continuación en la pestaña que lleva por nombre barras, en esta tabla solo se le da nombre a la barra, se coloca el valor de la corriente de falla y el tiempo de duración de la falla, esta tabla debe de llenarse como se muestra en la figura 3.28.

Figura 3.28 Parámetros de la barra. [13]

Selección del conductor del sistema de puesta a tierra de la subestación.

Como siguiente paso se selecciona el conductor que se usa para realizar la malla, en el programa se encuentran los conductores propuestos por la norma IEEE 80-2000 con cada uno de los parámetros, por eso se elige el mismo conductor con el que se realizo el cálculo del tamaño del conductor.

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Estos datos se corroboran en la imagen 3.29.

Figura 3.29 Selección del conductor para la malla. [13]

Acto seguido en la pestaña de conductores simétricos, en los primeros 4 campos se colocan las coordenadas de inicio de la subestación y las coordenadas de termino de la subestación, es decir el largo y ancho, terminado el llenado de estos campos se procede a colocar un número de conductores que irán paralelos al eje x y paralelo al eje y, en este caso se proponen 18 y 14 conductores respectivamente, los conductores se colocan a una profundidad de 0.5 metros el material del conductor aparece con respecto al seleccionado con anterioridad y por último se coloca el tamaño del conductor que en este caso es de 2/0 AWG. La tabla debe de visualizarse como se muestra en la imagen 3.30.

Figura 3.30 Parámetros de conductores Simétricos. [13]

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De forma inmediata al término del llenado de esta tabla, en la ventana activa del proyecto aparece el modelo de la malla que se propone como lo muestra la figura 3.31.

Figura 3.31 Conductor de la malla propuesta. [13]

Selección de las varillas del sistema de puesta a tierra

Para terminar con la inserción de los datos del sistema de puesta a tierra, en la pestaña de varillas simetricas, los primeros cuatro campos se llenan de la misma manera que en las varillas simétricas, posteriormente se llenan los campos de las varillas que se colocan paralelas al eje x y numero de varillas por fila, tomando en cuenta colocar el numero de varillas calculadas o propuestas.

Se proponen 3 varillas paralelas al eje x y 3 varillas por fila, sólo resta colocar la longitud de las varillas que es de 3 metros, la profundidad se propone de 0.4 metros considerando la sección 9.4-c [12], se propone una profundidad de 0.3 a 0.5 metros para que se pueda tener acceso a ellas y se permita conectar los conductores de tierra de la instalación, por último se coloca el diámetro del electrodo que es de 0.015875 m, esta tabla se muestra en la figura 3.32.

Figura 3.32 Parámetros y distribución de los electrodos. [13]

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El sistema de puesta a tierra se visualiza en la figura 3.33.

Figura 3.33 Sistema de puesta a tierra propuesta para la subestación. [13]

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3.4.4.1 Resultados del sistema de puesta a tierra propuesto Terminado el diseño de la malla, se realiza el siguiente procedimiento para obtener los resultados. 3.4.4.1.1 Reporte de análisis de suelo En la barra de herramientas del programa se encuentra una pestaña, en la cual aparece la leyenda de análisis de suelo, junto a él aparece el símbolo de un rayo, presionando esta opción comienza a arrancar el módulo del análisis de suelo, arrojando los datos que se muestran en la tabla 3.8.

Tabla 3.8 Reporte del análisis de suelo. [13]

Reporte del análisis de suelo

Nombre de la subestación CECYT11

Proyecto CECYT11

Estudio SECECyT11

Parámetros

Título CECyT11

Modelo de suelo Uniforme

Modelo securitario IEEE Std. 80-2000

Peso corporal 70 kg

Espesor de la capa superficial 0.2 metros

Resistividad de la capa superficial 10000 ohm-m

Duración del choque eléctrico 0.133 secs

Los datos mostrados en la tabla 3.8 se refieren a los datos que se han introducido desde el momento en que se comenzó a diseñar el sistema de puesta a tierra.

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De la misma forma como se inicio el análisis de suelo, se procede a realizar el análisis de malla, arrojando los resultados de la tabla 3.9.

Tabla 3.9 Reporte del análisis de malla. [13]

Longitud total de las varillas primarias

27 METROS

Número total de elementos 41

Longitud total de los conductores 252

METROS El sistema de puesta a tierra de la subestación del CECyT 11 se modela en la figura 3.34.

Figura 3.34 Reticulado de la malla. [13]

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3.4.4.1.2 Reporte del diagrama de contorno de potencial Este se realiza de la misma manera que el análisis de suelo y de malla, los resultados que arroja este diagrama de contorno son los especificados en la tabla 3.10.

Tabla 3.10 Reporte del diagrama de potencial. [13]

Reporte de contorno de potencial

Nombre de la subestación CECYT11

Proyecto CECyT11

Estudio SECECyT11

Parámetros

Título Diagrama de contorno de potencial

Nombre de la barra CECyT11

Corriente de falla LG 32134 amps

Resistividad de la capa inferior 20 ohm-m

X1 0 metros

Y1 0 metros

X2 7 metros

Y2 9 metros

Intervalos X 10

Intervalos Y 10

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En la figura 3.34 se observa el diagrama de contorno de la subestación, mostrando que donde se acumulan los niveles de tensión más altos se encuentran ubicados los electrodos del sistema de puesta a tierra.

Figura 3.35 Diagrama de contorno de potencial. [13]

Por datos proporcionados por el programa, la tensión máxima de contacto es de 5820.54 volts, en el resto de la malla por el color verde se deduce que los niveles de tensión de contacto son muy bajos o muy cercanos a cero.

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CAPITULO IV “Costo del Proyecto”

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CAPÍTULO 4

“COSTO DEL PROYECTO”

Referencias.

[1] Aportación de “Propuesta de optimización del sistema eléctrico en el laboratorio de procesos

industriales del CECyT” Wilfrido Massieu”

[2] Microsoft Project 2000.-Copyright © 1990-2000 Microsoft Corporation.

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CAPITULO IV “Costo del Proyecto”

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CAPITULO IV

COSTO DEL PROYECTO

4.1 Presupuesto de mano de obra.

Se adjunta la cotización para el trabajo de la nueva instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11, de acuerdo a indicaciones y requerimientos recibidos.

Primero se enlistan las actividades o trabajos a realizar en el proyecto, para la propuesta de optimización del laboratorio de procesos industriales se considera realizar las actividades que se muestran en la tabla 4.1.

Tabla 4.1 Actividades a realizar para la nueva instalación del laboratorio de procesos industriales y subestación. [1]

Actividad Nombre de la tarea 1 Desmantelar instalación actual 2 Instalación de tableros 3 Instalación de la canalización de fuerza 4 instalación de la canalización de alumbrado 5 Cableado para el sistema de iluminación 6 Montaje luminarios de mercurio 7 Montaje de luminarios fluorescentes 8 Cableado del sistema de fuerza 9 Conexiones de los tableros

10 Conexión del sistema de arranque de las maquinas 11 Conexión y colocación del Controlador lógico programable 12 Programación del Controlador Lógico Programable 13 Desmantelar la subestación 14 Retirar el sistema de puesta a tierra actual 15 Colocación de electrodos y mallado del sistema de puesta a tierra 16 Colocar la capa superficial de la subestación 17 Fraguado de la capa superficial de la subestación 18 Conexión de los equipos de la subestación 19 Pruebas 115eléctricas al equipo de la subestación 20 Pruebas 115eléctricas a la instalación del laboratorio 21 Puesta en servicio de la subestación y del laboratorio

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CAPITULO IV “Costo del Proyecto”

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Posteriormente se desarrolla una grafica de Gantt como la que se observa en la figura 4.1 que muestra el tiempo de dedicación previsto para diferentes tareas o actividades, usando los recursos humanos y materiales que permitan realizar esta acción en un tiempo establecido..

Figura 4.1 Distribución de actividades. [2]

En la figura 4.1 se observa que las actividades van precedidas, esto es que no se debe de comenzar con otra actividad si no se ha terminado una anterior, así como se pueden realizar tareas paralelas distribuyendo de una forma adecuada los recursos humanos y materiales, lo que agiliza los tiempos de termino del proyecto.

Para esta propuesta se considera contratar 2 ingenieros electricistas, 6 técnicos con conocimientos en electricidad y 12 ayudantes generales, con el fin de que las nuevas instalaciones eléctricas se entreguen en el menor tiempo posible.

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CAPITULO IV “Costo del Proyecto”

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En la tabla 4.2 se detallan las características que deben de cubrir cada una de las personas a contratar para realizar las diferentes actividades dentro del laboratorio de procesos industriales.

Tabla 4.2 Requerimientos del personal a emplear para la ejecución de actividades. [1]

Nombre del Puesto

Puestos Disponibles

Requerimientos

Ingeniero Clase I 1 · Ingeniero Electricista titulado

· 3 años de experiencia en instalaciones industriales

Ingeniero Clase II 1

· Ingeniero Electricista titulado · Especialista en equipo de subestaciones · 5 años de experiencia en equipo de

subestaciones

Técnico Clase I 2

· Carrera técnica trunca al 80% o cursando · Experiencia no necesaria

· Conocimiento en instalaciones industriales

Técnico Clase II 2 · Técnico en instalaciones eléctricas

· Titulado · 1 año de experiencia

Técnico Clase III 2 · Técnico en instalaciones eléctricas

· Titulado · 3 años de experiencia

Ayudantes Generales

12 · Conocimiento en conexiones eléctricas · Conocimiento y empleo de herramientas

· Saber leer y escribir.

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En la tabla 4.3 se detallan los tiempos en que deben ser realizadas las actividades así como el número de horas proyectadas para cada individuo.

Tabla 4.3 Tiempos para las actividades y tiempos por trabajador. [2]

INGENIERO CLASE I 32 hrs Programación del Controlador Lógico Programable 8 hrs Pruebas eléctricas a la instalación del laboratorio 16 hrs Puesta en servicio de la subestación y del laboratorio 8 hrs TECNICO 1 CLASE I 44 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Conexión del sistema de arranque de las maquinas 8 hrs Pruebas eléctricas a la instalación del laboratorio 16 hrs TECNICO 2 CLASE II 44 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Conexión del sistema de arranque de las maquinas 8 hrs Pruebas eléctricas a la instalación del laboratorio 16 hrs TECNICO 3 CLASE III 41.33 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Conexión y colocación del Controlador lógico programable 5.33 hrs Pruebas eléctricas a la instalación del laboratorio 16 hrs AYUDANTE GENERAL 1 144 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Instalación de la canalización de fuerza 52 hrs Montaje luminarios de mercurio 24 hrs Cableado del sistema de fuerza 32 hrs Conexiones de los tableros 8 hrs Conexión del sistema de arranque de las maquinas 8 hrs AYUDANTE GENERAL 2 144 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Instalación de la canalización de fuerza 52 hrs Montaje luminarios de mercurio 24 hrs Cableado del sistema de fuerza 32 hrs Conexiones de los tableros 8 hrs Conexión del sistema de arranque de las maquinas 8 hrs

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AYUDANTE GENERAL 3 144 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Instalación de la canalización de fuerza 52 hrs Montaje luminarios de mercurio 24 hrs Cableado del sistema de fuerza 32 hrs Conexiones de los tableros 8 hrs Conexión del sistema de arranque de las maquinas 8 hrs AYUDANTE GENERAL 4 136 hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs Instalación de la canalización de fuerza 52 hrs Montaje de lámparas fluorescentes 16 hrs Cableado del sistema de fuerza 32 hrs Conexiones de los tableros 8 hrs Conexión del sistema de arranque de las maquinas 8 hrs AYUDANTE GENERAL 5 121.33hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs instalación de la canalización de alumbrado 24 hrs Cableado para el sistema de iluminación 16 hrs Montaje de lámparas fluorescentes 16 hrs Cableado del sistema de fuerza 32 hrs Conexiones de los tableros 8 hrs Conexión y colocación del Controlador lógico programable 5.33 hrs AYUDANTE GENERAL 6 121.33hrs Desmantelar instalación actual 16 hrs Instalación de tableros 4 hrs instalación de la canalización de alumbrado 24 hrs Cableado para el sistema de iluminación 16 hrs Montaje de lámparas fluorescentes 16 hrs Cableado del sistema de fuerza 32 hrs Conexiones de los tableros 8 hrs Conexión y colocación del Controlador lógico programable 5.33 hrs INGENIERO CLASE II 72 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Colocación de electrodos y mallado del sistema de puesta a tierra 16 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs Pruebas eléctricas al equipo de la subestación 8 hrs

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Puesta en servicio de la subestación y del laboratorio 8 hrs TECNICO 4 CLASE III 64 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Colocación de electrodos y mallado del sistema de puesta a tierra 16 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs Pruebas eléctricas al equipo de la subestación 8 hrs TECNICO 5 CLASE II 48 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs Pruebas eléctricas al equipo de la subestación 8 hrs TECNICO 6 CLASE I 48 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs Pruebas eléctricas al equipo de la subestación 8 hrs AYUDANTE GENERAL 7 80 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Retirar el sistema de puesta a tierra actual 16 hrs Colocación de electrodos y mallado del sistema de puesta a tierra 16 hrs Colocar la capa superficial de la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs AYUDANTE GENERAL 8 80 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Retirar el sistema de puesta a tierra actual 16 hrs Colocación de electrodos y mallado del sistema de puesta a tierra 16 hrs Colocar la capa superficial de la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs AYUDANTE GENERAL 9 64 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Retirar el sistema de puesta a tierra actual 16 hrs Colocar la capa superficial de la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs AYUDANTE GENERAL 10 64 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Retirar el sistema de puesta a tierra actual 16 hrs Colocar la capa superficial de la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs

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CAPITULO IV “Costo del Proyecto”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 121

AYUDANTE GENERAL 11 64 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Retirar el sistema de puesta a tierra actual 16 hrs Colocar la capa superficial de la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs AYUDANTE GENERAL 12 64 hrs Desmantelar la subestación 8 hrs Retirar el sistema de puesta a tierra actual 16 hrs Colocar la capa superficial de la subestación 8 hrs Conexión de los equipos de la subestación 32 hrs

Con los datos arrojados por la tabla 4.3 se hace la sumatoria de los costos que se tendrán por la mano de obra de la instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales y las modificaciones de la subestación del CECyT 11, los que se muestran en la tabla 4.4.

Tabla 4.4 costos para la mano de obra de la instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales. [1]

Puesto Costo/hora No. de horas Costo total

Ingeniero Clase I $37.50 32 $1,200.00 Ingeniero Clase II $50.00 72 $3,600.00 Técnico 1 Clase I $19.00 44 $836.00 Técnico 2 Clase II $23.00 44 $1,012.00 Técnico 3 Clase III $28.00 41.33 $1,157.24 Técnico 4 Clase III $28.00 64 $1,792.00 Técnico 5 Clase II $23.00 48 $1,104.00 Técnico 6 Clase I $19.00 48 $912.00

Ayudante General 1 $14.50 144 $2,088.00 Ayudante General 2 $14.50 144 $2,088.00 Ayudante General 3 $14.50 144 $2,088.00 Ayudante General 4 $14.50 136 $1,972.00 Ayudante General 5 $14.50 121.33 $1,759.28 Ayudante General 6 $14.50 121.33 $1,759.28 Ayudante General 7 $14.50 80 $1,160.00 Ayudante General 8 $14.50 80 $1,160.00 Ayudante General 9 $14.50 64 $928.00 Ayudante General 10 $14.50 64 $928.00 Ayudante General 11 $14.50 64 $928.00 Ayudante General 12 $14.50 64 $928.00

Costo Total de Mano de

Obra $29,399.80

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CAPITULO IV “Costo del Proyecto”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 122

El costo por los salarios de las 20 personas que se contemplan contratar para realizar las instalaciones eléctricas del laboratorio y de la subestación asciende a $29,399.80.

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CAPITULO V “Conclusión”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 123

CAPITULO 5.

“CONCLUSIÓN”

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CAPITULO V “Conclusión”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 124

5.1 CONCLUSIÓN.

A través del análisis, evaluación y diagnostico de las instalaciones eléctricas del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11, basado en las normas oficiales mexicanas (NOM-001-SEDE-2005, NOM-025-STPS-2008) y las recomendaciones del SMII (Sociedad Mexicana de Ingenieros en Iluminación). Es necesario diseñar una solución que reduzca los accidentes en área de trabajo del laboratorio de procesos industriales, llevando a cabo todos y cada uno de los artículos de las normas oficiales mexicanas, que indican las especificaciones y lineamientos de carácter técnico que deben satisfacer las instalaciones eléctricas destinadas a la utilización de la energía eléctrica a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus propiedades (equipo eléctrico), como lo indica la NOM-001-SEDE-2005, garantizando el uso de la energía eléctrica en forma segura.

El aspecto del diseño de alumbrado es importante, debido a que la buena iluminación en el área de trabajo eleva la calidad del trabajo realizado en esta área y reduce las perdidas en el material, es necesaria la implantación de un sistema de iluminación complementario respetando los niveles permitidos por las normas oficiales mexicanas.

La combinación de las nuevas tecnologías, como es el uso de un controlador lógico programable y las normas oficiales mexicanas en las instalaciones eléctricas (NOM-001-SEDE-2005), da como resultado una instalación segura, eficiente y optima. Permitiendo satisfacer la demanda de servicio que se presente, considerando el pronóstico de carga para instalaciones futuras, siendo flexible a modificaciones posteriores, siempre de manera confiable.

Una buena protección del equipo eléctrico que se encuentra en el laboratorio de procesos industriales, contra choques eléctricos, efectos térmicos, sobrecorrientes, las corrientes de falla y sobre tensiones, reduce los daños y pérdidas de equipo eléctrico que hay en la instalación.

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ANEXOS “Diagrama unifilar actual del laboratorio de procesos industriales CECyT 11”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 125

Anexo 1.

Diagrama unifilar

actual del

laboratorio de

procesos

industriales del

CECyT 11.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 127

Anexo 2.

Memoria de

cálculo.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 128

A.2.1 Instalación eléctrica Lo primero que se debe de plantear, para realizar el cálculo de la instalación de cada una de las maquinas, es observar las características técnicas de cada una de ellas, con esta información podremos hacer que trabajen en optimas condiciones y con muy poca probabilidad de que falle dicha instalación. Dicho lo anterior se puede proceder a la distribución y cálculo de cómo irá la conexión de cada uno de los elementos y dispositivos para que las maquinas funcionen correctamente, cada una de las maquinas se calculara de manera individual para posteriormente realizar arreglos que permitan que en ningún momento se llegue a desconectar todo el sistema. Considerando que solo pasan tres conductores portadores de corriente dentro de cada una de las canalizaciones, el factor de agrupamiento para el cálculo de corriente nominal se considera unitario. Como la corriente de las maquinas se ve afectada por la temperatura, referido a la tabla 310-16[1] se toma un factor de 1.08 para temperaturas de 21 a 25°C. Para toda la instalación se utiliza tubo conduit metálico tipo ligero respetando las disposiciones y usos que se le debe dar en la instalación del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 conforme al artículo 348[1]. Con respecto al tipo de aislamiento que se usa para esta instalación, de la tabla 310-13[1] se toma el TW con una temperatura máxima de operación de 60°C, se debe instalar en lugares secos y mojados para circuitos en donde la corriente no exceda un valor de 100 Ampers. Cada uno de los elementos que componen la instalación eléctrica del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11 se calculan conforme a los lineamientos de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2005. Nota: En el cálculo correspondiente a los elementos para la instalación de cada uno de los tornos, se refiere el artículo aplicable de la NOM-001-SEDE-2005 y se explica de forma breve el contenido de este, para los cálculos posteriores solo se hace mención del artículo específico para cada caso.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 129

A.2.2 Cálculos de los tornos La instalación del laboratorio de procesos industriales cuenta con 38 maquinas con motores de 2 caballos de potencia, las cuales necesitan nuevos sistemas de protección, conductores y canalizaciones para su correcto funcionamiento. Considerando una eficiencia de 0.87 para cada uno de los tornos debido a las pérdidas de energía por el rozamiento interno que surge durante el funcionamiento de la maquina. A.2.2.1 Cálculo de la Corriente Nominal de los tornos.

Obteniendo el valor de corriente de la Tabla 430-150 [1]

Tabla A.2.1 Valores de corriente y tensión. [1]

208 V 230 V 7.5 A 6.8 A

Interpolando los valores anteriores obtenemos el ∆I:

A.2.2.2 Cálculo del conductor

- Por corriente

De acuerdo al artículo 430-22-a [1] los conductores del circuito derivado para suministrar energía eléctrica a un solo motor, debe de tener capacidad de conducción de corriente no menor que el 125% de la corriente nominal a plena carga.

Debido a que estas maquinas son las que se usan con mayor frecuencia, tomando la tabla 430-22 (b) [1]. Se considera una máquina herramienta de servicio continuo y se maneja un 140% de la corriente nominal.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 130

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Por caída de tensión

Como se trata de un circuito derivado, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 1%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 15 metros.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

Por lo tanto el tamaño del conductor tanto por corriente como por caída de tensión es de tamaño 3.31mm2 (12 AWG).

A.2.2.3 Cálculo de la protección de los tornos.

Por tabla 430-152 [1] el ajuste para el dispositivo de protección contra cortocircuito del circuito derivado del motor es de 250% de la corriente eléctrica a plena carga.

PROTECCION: 3*20 A

Se elige la protección de 3*20 ampers debido a que la protección no debe ser mayor al valor calculado.

Por recomendación de la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de puesta a tierra es de 3.31mm2 (12 AWG) desnudo.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 131

A.2.2.4 Cálculo de la protección contra sobrecarga.

Para calcular la protección contra sobrecarga, indicado en 430-32-a-1[1] la corriente de disparo de este dispositivo no debe ser mayor que el 115% de la corriente a plena carga del motor.

Relevador con ajuste de 4.5A a 6.3A

A.2.2.5 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1] no se considera el conductor de puesta a tierra para el cálculo de la canalización.

Tabla A.2.2 Áreas de los conductores [2] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 3.31 mm2 11.7 mm2 4 46.8 mm2

De la tabla 10-4 [1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”).

En la siguiente tabla se muestran los elementos para cada torno.

Tabla A.2.3. Elementos para cada torno [2]

ELEMENTOS PARA CADA UNO DE LOS TORNOS. Protección Termomagnético 3*20 A

Tamaño del Conductor 3.31 mm2 (12 AWG) AISLAMIENTO TW A 60°C

Protección contra sobrecarga Marca SIEMENS con ajuste 4.5A a 6.3A Modelo: 3RU1126-1GB0[3]

Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”) Tamaño del Conductor de puesta a tierra 3.31mm2 (12 AWG) desnudo

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 132

A.2.3 Circuito de 9 tornos

Se realiza un arreglo para controlar 9 tornos y de esta forma garantizar que los elementos que salgan de servicio sean mínimos.

A.2.3.1 Cálculo del conductor

-Por corriente

Por tabla 310-16[1] se considera un conductor tamaño 33.6 mm2 (2 AWG) que soporta una corriente de 95 ampers.

-Por caída de tensión

Como se trata de un circuito secundario, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 2%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 10 metros.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 8.37 mm2 (8 AWG) que soporta una corriente de 40 ampers.

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 33.6 mm2 (2 AWG).

A.2.3.2 Cálculo de la protección

Con respecto al artículo 240-3-b en la cual se describe que para dispositivos de 800 ampers nominales o menos se permite usar el dispositivo contra sobre corriente del valor nominal inmediato superior a la capacidad de conducción de corriente de los conductores que proteja.

Como la corriente que soporta el conductor es de 95 ampers, el dispositivo de protección inmediato superior con referencia a 240-6 es una protección de 100 ampers.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 133

Por recomendación de la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de tierra es de 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo.

A.2.3.3 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1] no se considera el conductor de puesta a tierra para el cálculo de la canalización.

Tabla A.2.4 Áreas de los conductores. [2] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 33.6 mm2 86 mm2 4 344 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 35 mm (1¼”)

Tabla A.2.5 Elementos para cada 9 tornos. ELEMENTOS PARA CADA 9 TORNOS.

Protección Termomagnético 3*100 A

Tamaño del Conductor 33.6 mm2 (2 AWG) AISLAMIENTO TW A 60°C

Canalización Conduit metálico tipo ligero 35 mm (1¼”) Tamaño del conductor de puesta a tierra 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo

A.2.4 Cálculos de los pantógrafos

La instalación cuenta con 3 de estas maquinas, las cuales cuentan con un motor de 1 caballo de potencia. Considerando una eficiencia de 0.9 a cada una de los pantógrafos debido a las perdidas por el rozamiento durante el funcionamiento de la maquina.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 134

A.2.4.1 Cálculo de la corriente nominal de los pantógrafos

De la Tabla 430-150[1]

Tabla A.2.6 Valores de corriente y de tensión [1] 208 V 230 V 4.6 A 4.2 A

Interpolando los valores anteriores obtenemos el ∆I:

A.2.4.2 Cálculo del conductor

-Por corriente

De acuerdo al artículo 430-22-a [1]

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito derivado, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 1%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 15 metros.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 135

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 3.31 mm2 (12 AWG).

A.2.4.3 Cálculo de la protección de pantógrafos

Considerando la nota de la tabla 310-16[1] para un conductor tamaño 3.31 mm2 (12 AWG) el elemento de protección contra sobrecorriente no debe superar el valor de 20 Ampers. Por lo cual la protección es de 3*20 Ampers.

Por tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de puesta a tierra es de 3.31mm2 (12 AWG) desnudo.

A.2.4.4 Cálculo de la protección contra sobrecarga

Por articulo 430-32-a-1 [1].

Relevador con ajuste de 2.8A a 4A

A.2.4.5 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1].

Tabla A.2.7 Área de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 3.31 mm2 11.7 mm2 4 46.8 mm2

De la tabla 10-4[1] para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 136

En la siguiente tabla se muestran los elementos para cada pantógrafo.

Tabla A.2.8 Elementos para cada pantógrafo. [2] ELEMENTOS PARA CADA UNO DE LOS PANTOGRAFOS.

Protección Termomagnético 3*20 A

Tamaño del Conductor 3.31mm2 (12 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C

Protección contra sobrecarga Marca SIEMENS con ajuste 2.8A a 4A

Modelo: 3RU1126-1EB0[3] Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”)

Tamaño del Conductor de puesta a tierra 3.31 mm2 (12 AWG) desnudo

A.2.5 Cálculos de la cortadora.

En este caso solo se encuentra instalada 1 cortadora.

A.2.5.1 Cálculo de la corriente nominal de la cortadora.

De la tabla 430-150[1]

Tabla A.2.9 Valores de corriente y tensión. [1] 208 V 230 V 3.5 A 3.2 A

Interpolando los valores anteriores obtenemos el ∆I:

A.2.5.2 Cálculo del conductor

-Por corriente

De acuerdo 430-22-a [1]

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 137

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito derivado, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 1%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 15 metros.

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 3.31 mm2 (12 AWG).

A.2.5.3 Cálculo de la protección de cortadora

Considerando la nota de la tabla 310-16[1] para un conductor tamaño 3.31 mm2 (12 AWG) el elemento de protección contra sobrecorriente no debe superar el valor de 20 Ampers. Por lo cual la protección es de 3*20 Ampers.

Por tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de puesta a tierra es de 3.31mm2 (12 AWG) desnudo.

A.2.5.4 Cálculo de la protección de sobrecarga

Por articulo 430-32-a-1 [1].

Relevador con ajuste de 1.8A a 2.5A

A.2.5.5 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1]

Tabla A.2.10 Área de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 3.31 mm2 11.7 mm2 4 46.8 mm2

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 138

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

En la siguiente tabla se muestran los elementos para la cortadora.

Tabla A.2.11 Elementos para la cortadora [2] ELEMENTOS PARA CORTADORA.

Protección Termomagnético 3*20 A

Tamaño del Conductor 3.31 mm2 (12 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C

Protección contra sobrecarga Marca SIEMENS con ajuste 1.8A a 2.5A

Modelo: 3RU1126-1CB0[3] Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”)

Tamaño del Conductor de puesta a tierra 3.31 mm2 (12 AWG) desnudo

A.2.6 Cálculos de Esmeriles

En el laboratorio se cuenta con 5 esmeriles monofásicos con un motor de ½ caballo de potencia.

A.2.6.1 Cálculo de la corriente nominal de los esmeriles

De la tabla 430-150[1]

Tabla A.2.12 Valores de corriente y tensión [1]

115 V 200 V 4.4 A 2.5 A

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 139

Interpolando los valores anteriores obtenemos el ∆I:

A.2.6.2 Cálculo del conductor

-Por corriente

De acuerdo al artículo 430-22-a [1]

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito derivado, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 1%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 15 metros.

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 3.31 mm2 (12 AWG).

A.2.6.3 Cálculo de la protección de la cortadora

Considerando la nota de la tabla 310-16[1] para un conductor tamaño 3.31 mm2 (12 AWG) el elemento de protección contra sobrecorriente no debe superar el valor de 20 Ampers. Por lo cual la protección es de 3*20 Ampers.

Por tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de puesta a tierra es de 3.31mm2 (12 AWG) desnudo.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 140

A.2.6.4 Cálculo de la protección contra sobrecarga

Por articulo 430-32-a-1 [1].

Relevador con ajuste de 4.5A a 6.3A

A.2.6.5 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1].

Tabla A.2.13 Áreas de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA

12 11.7 mm2 2 23.4 mm2

De la tabla 10-4[1], para 2 conductores en una canalización corresponde el 31%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

En la siguiente tabla se muestran los elementos para cada esmeril.

Tabla A.2.14 Elementos para cada torno [2] ELEMENTOS PARA CADA UNO DE LOS ESMERILES.

Protección Termomagnético 1*20 A

Tamaño del Conductor 3.31 mm2 (12 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C

Protección contra sobrecarga Marca SIEMENS con ajuste 4.5A a 6.3A

Modelo: 3RU1126-1GB0[3] Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”)

Tamaño del Conductor de puesta a tierra 3.31 mm2 (12 AWG) desnudo

A.2.7 Cálculos para el taladro

El laboratorio solo cuenta con 1 taladro, por esto se debe de tener en óptimas condiciones de funcionamiento.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 141

A.2.7.1 Cálculo de la corriente nominal para el taladro

De la tabla 430-150[1]

Tabla A.2.15 Valores de corriente y tensión [1] 208 V 230 V 4.6 A 4.2 A

Interpolando los valores anteriores obtenemos el ∆I:

A.2.7.2 Cálculo del conductor

-Por corriente

De acuerdo al artículo 430-22-a [1]

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito derivado, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 1%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 15 metros.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 142

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 3.31 mm2 (12 AWG).

A.2.7.3 Cálculo de la protección del taladro

Considerando la nota de la tabla 310-16[1] para un conductor tamaño 3.31 mm2 (12 AWG) el elemento de protección contra sobrecorriente no debe superar el valor de 20 Ampers. Por lo cual la protección es de 3*20 Ampers.

Por tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de puesta a tierra es de 3.31mm2 (12 AWG) desnudo.

A.2.7.4 Cálculo de la protección contra sobrecarga

Por articulo 430-32-a-1 [1]

Relevador con ajuste de 2.8A a 4A

A.2.7.5 Cálculo de canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1]

Tabla A.2.16 Área de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 3.31 mm2 11.7 mm2 4 46.8 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 143

En la siguiente tabla se muestran los elementos para el taladro.

Tabla A.2.17 Elementos para el taladro [1]

ELEMENTOS PARA TALADRO DE PEDESTAL. Protección Termomagnético 3*20 A

Tamaño del Conductor 3.31 mm2 (12 AWG) AISLAMIENTO TW A 60°C

Protección contra sobrecarga Marca SIEMENS con ajuste 2.8A a 4A Modelo: 3RU1126-1EB0[3]

Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”) Tamaño del Conductor de puesta a tierra 3.31 mm2 (12 AWG) desnudo

A.2.8 Cálculos del alimentador de esmeriles, pantógrafos, cortadora y taladro.

Se crea un circuito para controlar todas estas maquinas, ya que son las que se usan con menos frecuencia, hay menor probabilidad de que ocurra una falla.

A.2.8.1 Cálculo del conductor alimentador

-Por corriente

Tabla 310-16 [1] se considera un conductor tamaño 21.2 mm2 (4 AWG) que soporta una corriente de 70 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito secundario, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 2%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 20 metros.

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 21.2 mm2 (4 AWG).

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 144

A.2.8.2 Cálculo de la protección

Con respecto al artículo 240-3-b en la cual se describe que para dispositivos de 800 ampers nominales o menos se permite usar el dispositivo contra sobre corriente del valor nominal inmediato superior a la capacidad de conducción de corriente de los conductores que proteja.

Como la corriente que soporta el conductor es de 70 ampers, el dispositivo de protección inmediato superior con referencia a 240-6 es una protección de 80 ampers. Por recomendación de la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de tierra es de 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo.

A.2.8.3 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-i-1 [1] menciona que el conductor de puesta a tierra no se considera para el cálculo de la canalización.

Tabla A.2.18 Áreas de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 21.2 mm2 62.8 mm2 4 251.2 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

100%

40%

251 2 100%

40%628

2

Calculando el diámetro de la canalización:

4 4 62828 277

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 35 mm (1 1/4”)

En la siguiente tabla se muestra los elementos necesarios para este alimentador.

Tabla A.2.19 Elementos para el alimentador [2] ELEMENTOS ALIMENTADOR DE MAQUINAS.

Protección Termomagnético 3*80 A

Tamaño del Conductor 21.2 mm2 (4 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C Canalización Conduit metálico tipo ligero 35 mm 1 1/4”

Tamaño del Conductor de puesta a tierra 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 145

A.2.9 Cálculos de las fresadoras

En esta área se cuenta con 16 fresadoras de ¾ de caballo de potencia, para que funcionen correctamente se necesitan los siguientes elementos.

A.2.9.1 Cálculo de Corriente Nominal de las fresadoras:

Obteniendo el valor de corriente de la tabla 430-150[1]

Tabla A.2.20 Valores de corriente y de tensión [1] 208 V 230 V 3.5 A 3.2 A

Interpolando los valores anteriores obtenemos el ∆I:

A.2.9.3 Cálculo del conductor

-Por corriente

De acuerdo al artículo 430-22-a [1]

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito derivado, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 1%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 15 metros.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 146

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 3.31 mm2 (12 AWG).

A.2.9.4 Cálculo de la protección

Considerando la nota de la tabla 310-16[1] para un conductor tamaño 3.31 mm2 (12 AWG) el elemento de protección contra sobrecorriente no debe superar el valor de 20 Ampers. Por lo cual la protección es de 3*20 Ampers.

Por tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de puesta a tierra es de 3.31mm2 (12 AWG) desnudo.

A.2.9.5 Cálculo de la protección contra sobrecarga

Relevador con ajuste de 1.8A a 2.5A

A.2.9.6 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1]

Tabla A1.21 Áreas de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 3.31mm2 11.7 mm2 4 46.8 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 147

En la siguiente tabla se muestran los elementos necesarios para que funcione correctamente cada una de las fresadoras.

Tabla A.2.22 Elementos para cada fresadora [2] ELEMENTOS PARA CADA FRESADORA.

Protección Termomagnético 3*20 A

Tamaño del Conductor 3.31mm2 (12 AWG) AISLAMIENTO TW A 60°C

Relevador de sobrecarga Marca SIEMENS con ajuste 1.8A a 2.5A Modelo: 3RU1126-1CB0[3]

Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”) Tamaño del Conductor de puesta a tierra 3.31 mm2 (12 AWG) desnudo

A.2.10 Cálculo del alimentador para 16 fresadoras

En esta sección se calcula el alimentador para controlar las 16 fresadoras con cada uno de sus elementos.

A.2.10.1 Cálculo del conductor

-Por corriente

Tabla 310-16 [1] se considera un conductor tamaño 21.2 mm2 (4 AWG) que soporta una corriente de 70 ampers.

-Por caída de tensión:

Como se trata de un circuito secundario, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 2%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 20 metros.

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 21.2 mm2 (4 AWG).

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 148

A.2.10.2 Cálculo de la protección

Con respecto al artículo 240-3-b en la cual se describe que para dispositivos de 800 ampers nominales o menos se permite usar el dispositivo contra sobre corriente del valor nominal inmediato superior a la capacidad de conducción de corriente de los conductores que proteja.

Como la corriente que soporta el conductor es de 40 ampers, el dispositivo de protección inmediato superior con referencia a 240-6 es una protección de 80 ampers.

Por recomendación de la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de tierra es de 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo.

A.2.10.3 Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1] menciona que el conductor de puesta a tierra no se considera para el cálculo de la canalización.

Tabla A.2.23 Área de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA

21.2 62.8 mm2 4 251.2 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 35 mm (1 1/4”)

En la siguiente tabla se muestran los elementos necesarios para este alimentador.

Tabla A.2.24 Elementos del alimentador [2] ELEMENTOS DEL ALIMENTADOR DE FRESADORAS. Protección Termomagnético 3*80 A

Tamaño del Conductor 21.2 mm2 (4 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C Canalización Conduit metálico tipo ligero 35 mm (1 1/4”)

Tamaño del Conductor de puesta a tierra 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 149

A.2.11 Cálculos de iluminación

Para que los trabajos que se realizan en este laboratorio sean de gran calidad, se necesita que el operador tenga una gran precisión en las medidas de las piezas que elabora, esto se logra si la persona tiene una buena visibilidad gracias al nivel de iluminación, a continuación se realizan los cálculos para iluminar las aéreas destinadas a algunos trabajos específicos, ya sean con lámparas de mercurio o con lámparas fluorescentes.

A.2.11.1 Cálculos de las lámparas de mercurio

En esta sección se obtendrán las características de una lámpara de mercurio para realizar los arreglos correspondientes.

-Corriente nominal por lámpara de mercurio de 400 watts

-Cálculo del conductor por lámpara:

En el artículo 110-14-1-a-1 [1] para circuitos de 100 ampers nominales o menos se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 60°C.

Por tabla 310-16 [1] el tamaño del conductor es de 3.31mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Cálculo de protección por cada lámpara

PROTECCION: 1*10 A

El artículo 410-19-a específica que se deben de poner a tierra los luminarios metálicos, transformadores y envolventes de transformadores, en circuitos que funcionen a más de 150 Volts a tierra.

-Cálculo de la canalización

En el articulo 310-15-j-1 [1] menciona que el conductor de puesta a tierra no se considera para el cálculo de la canalización.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 150

Tabla A.2.25 Área de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA TOTAL 3.31 mm2 11.7 mm2 2 23.4 mm2

De la tabla 10-4[1], para 2 conductores en una canalización corresponde el 31%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

En la siguiente tabla se muestran los elementos para cada una de las lámparas de mercurio.

Tabla A.2.26 Elementos para cada lámpara de mercurio. [2] ELEMENTOS PARA CADA LAMPARA DE MERCURIO DE 400 W.

Protección Termomagnético 1*10 A

Tamaño del Conductor 3.31 mm2 (12 AWG) AISLAMIENTO TW A 60°C

Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”)

A.2.11.2 Cálculos para alimentar las 16 lámparas de mercurio.

-Cálculo del conductor:

Por tabla 310-16 [1] se considera un conductor tamaño 21.2 mm2 (4 AWG) que soporta una corriente de 70 ampers.

-Cálculo de la protección:

Con respecto al artículo 240-3-b en la cual se describe que para dispositivos de 800 ampers nominales o menos se permite usar el dispositivo contra sobre corriente del valor nominal inmediato superior a la capacidad de conducción de corriente de los conductores que proteja.

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 151

Como la corriente que soporta el conductor es de 70 ampers, el dispositivo de protección inmediato superior con referencia a 240-6 es una protección de 80 ampers.

-Cálculo de la canalización

Tabla A.2.27 Área de los conductores [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA

21.2 62.8 mm2 4 251.2 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 35 mm 1 1/4”

En la siguiente tabla se muestran los elementos del alimentador.

Tabla A.2.28 Elementos del alimentador de las16 lámparas de mercurio [2] ELEMENTOS DEL ALIMENTADOR DE 16 LAMPARAS DE MERCURIO.

Protección Termomagnético 3*80 A

Tamaño del Conductor 21.2 mm2 (4 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C Canalización Conduit metálico tipo ligero 35 mm (1 1/4”)

A.2.11.3 Cálculo de circuitos con 5 toma corrientes monofásicos

Se colocan 4 circuitos con 5 tomacorrientes monofásicos, se adjuntan enseguida los cálculos.

-Cálculo de la corriente nominal:

-Cálculo del conductor por circuito:

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 152

Por tabla 310-16 [1] se considera un conductor tamaño 3.31 mm2 (12 AWG) que soporta una corriente de 25 ampers.

-Cálculo de protección por cada circuito

PROTECCION: 1*15 A

Se considera una protección de 15 ampers ya que no se debe de sobrepasar el valor calculado.

Refiriéndose a la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de tierra es de 2.08 mm2 (14 AWG).

-Cálculo de la canalización

Tabla A1.29 Áreas de los conductores [2] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 3.31 mm2 11.7 mm2 2 23.4 mm2

De la tabla 10-4[1], para 2 conductores en una canalización corresponde el 31%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 16 mm (½”)

En la siguiente tabla se muestran los elementos para cada circuito de 5 toma corrientes monofásicos.

Tabla A.2.30 Elementos del circuito de tomacorrientes [2] ELEMENTOS PARA CADA CIRCUITO DE TOMACORRIENTE.

Protección Termomagnético 1*15 A

Tamaño del Conductor 3.31 mm2 (12 AWG) AISLAMIENTO TW A 75°C

Canalización Conduit metálico tipo ligero 16 mm (½”) Tamaño del Conductor de tierra 2.08 mm2 (14 AWG) desnudo

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

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A.2.11.4 Cálculo del alimentador de 6 lámparas de mercurio y 4 circuitos de toma corriente

Se realiza un arreglo con 6 lámparas de mercurio y 4 circuitos con 5 toma corrientes monofásicos, este alimentador debe de tener las siguientes características.

-Cálculo del conductor:

Por tabla 310-16[1] se considera un conductor tamaño 21.2 mm2 (4 AWG) que soporta una corriente de 70 ampers.

-Cálculo de la protección:

Con respecto al artículo 240-3-b en la cual se describe que para dispositivos de 800 ampers nominales o menos se permite usar el dispositivo contra sobre corriente del valor nominal inmediato superior a la capacidad de conducción de corriente de los conductores que proteja.

Como la corriente que soporta el conductor es de 70 ampers, el dispositivo de protección inmediato superior con referencia a 240-6 es una protección de 80 ampers.

Por recomendación de la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de tierra es 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo.

-Cálculo de canalización

Tabla A.2.31 Áreas del conductor [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA

21.2 62.8 mm2 4 251.2 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 154

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 35 mm (1 1/4”)

En la siguiente tabla se muestran los elementos necesarios para el correcto funcionamiento de este circuito.

Tabla A.2.32 Elementos del alimentador [2] ELEMENTOS DEL ALIMENTADOR DE 6 LAMPARAS DE MERCURIO.

Protección Termomagnético 3*80 A

Tamaño del Conductor 21.2 mm2 (4 AWG)

AISLAMIENTO TW A 60°C Canalización Conduit metálico tipo ligero 35 mm (1 1/4”)

Tamaño del Conductor de tierra 8.37 mm2 (8 AWG) desnudo

A.2.12 Cálculos del alimentador principal

Con toda la carga evaluada para dicho proyecto, se procede a calcular los elementos necesarios para el circuito alimentador.

A.2.12.1 Carga instalada.

En la siguiente tabla se resumen la carga instalada tanto en potencia activa como en potencia aparente.

Tabla A.2.33 Carga instalada

ELEMENTO No. DE

ELEMENTOS

POTENCIA INDIVIDUAL(kW

)

POTENCIA TOTAL(kW

) kVA

TORNOS (2 CP) 38 1.492 56.696 65.1678 ° ESMERILES (0.5

CP) 5 0.373 1.865 2.1436 °

PANTOGRAFOS (1CP) 3 0.746 2.238 2.5431 °

CORTADORA (3/4 CP) 1 0.5595 0.5595 0.6505 °

FRESADORAS (3/4CP) 16 0.5595 8.9520 9.946 °

TALADRO (1CP) 1 0.746 0.746 0.8477 ° LAMPARAS DE

MERCURIO 22 0.500 11.0 12.22 °

LAMPARAS FLUORESCENTE

S 2*28W 36 0.07 2.520 2.80 °

TOMA CORRIENTE

20 0.162 3.240 3.6 °

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 155

CARGA TOTAL INSTALADA

87.8165 kW 99.8764 °kV

A

A.2.12.2 Cálculo del factor de potencia de la instalación.

Considerando los datos de placa que muestra cada uno de los elementos que conforman la instalación se realiza el cálculo del factor de potencia total de la instalación.

A.2.12.3 Cálculo del conductor

-Por corriente

En el artículo 110-14-1-b-1 [1] para circuitos de más de 100 ampers nominales se debe de seleccionar el tamaño del conductor con temperatura de operación del aislamiento máxima de 75°C.

Por tabla 310-16[1] se considera un conductor de 152 mm2 (300 KCM) que soporta una corriente 285 A.

-Por caída de tensión:

Como se trata del circuito alimentador, se propone que el máximo valor de caída de tensión que se permite en cada uno de estos circuitos es de 2%, considerando que los circuitos no se encuentran a una distancia mayor de 61 metros.

Por lo tanto el tamaño del conductor se toma por el calculado por corriente que es de tamaño 152 mm2 (300 kcmil).

A.2.12.4 Cálculo de la protección

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ANEXOS “Memoria de Cálculo”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 156

Con respecto al artículo 240-3-b en la cual se describe que para dispositivos de 800 ampers nominales o menos se permite usar el dispositivo contra sobre corriente del valor nominal inmediato superior a la capacidad de conducción de corriente de los conductores que proteja.

Como la corriente que soporta el conductor es de 285 ampers, el dispositivo de protección inmediato superior con referencia a 240-6 es una protección de 300 ampers.

Por recomendación de la tabla 250-95[1] el tamaño del conductor de tierra es de 21.2 mm2 (4 AWG) desnudo.

A.2.12.5 Cálculo de la canalización

Tabla A.2.34 Área de los conductores del alimentador principal [1] TAMAÑO AREA POR CONDUCTOR No. COND. AREA 152 mm2 341 mm2 4 1364 mm2

De la tabla 10-4[1], para más de 2 conductores en una canalización corresponde el 40%.

Calculando el diámetro de la canalización:

De la tabla 10-4[1] se recomienda canalización de 3”

En la siguiente tabla se muestran los elementos que componen el alimentador general.

Tabla A.2.35 Elementos del circuito alimentador. [2] ELEMENTOS DEL ALIMENTADOR.

Protección Termomagnético 3*300 A

Conductor 152 mm2 (300 KCM)

AISLAMIENTO TW A 60°C Canalización Conduit metálico tipo ligero 78 mm (3”)

Tamaño del Conductor de puesta a tierra 33.6 mm2 (2 AWG) desnudo

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ANEXOS “Diagrama unifilar propuesto para el laboratorio de procesos industriales CECyT 11”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 157

Anexo 3.

Diagrama unifilar

propuesto para el

laboratorio de

procesos

industriales del

CECyT 11.

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3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

0 V

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3370

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m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

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3370

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m3F

- 4

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3/4

C.P

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3370

rp

m3F

- 4

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3/4

C.P

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3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

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3 A

3370

rp

m3F

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3/4

C.P

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3 A

3370

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m3F

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H

3/4

C.P

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m3F

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3/4

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3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

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0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3x80

A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

3x20

A3x

20 A

M47

M48

M49

M50

M51

M5

2M

53M

54

M55

M56

M57

M58

M5

9M

60M

61M

62

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

8 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

6 m

3.81

3 A

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=1%

559

.5 W

4-

12 A

WG

1-

14 d

T- 1

6 m

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4 m

3.81

3 A

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=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

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1- 1

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6 m

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3.81

3 A

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=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

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1- 1

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T- 1

6 m

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2 m

3.81

3 A

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=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

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T- 1

6 m

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8 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

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T- 1

6 m

mL=

10

m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

8 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

6 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

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T- 1

6 m

mL=

4 m

3.81

3 A

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=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1-

14 d

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6 m

mL=

2 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

4 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

6 m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

8 m

3.81

3 A

e%

=1%

559

.5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

10

m

3.81

3 A

e%

=1%

559.

5 W

4- 1

2 A

WG

1- 1

4 d

T- 1

6 m

mL=

12

m

3/4

C.P

.22

0 V

3 A

3370

rp

m3F

- 4

H

3 x

100

A22

0 V

3 x

100

A22

0 V

3 x

100

A22

0 V

Cu

ch

illa

s 23

kV

300

KVA

23/0

.220

-0.1

27 k

V

3 x

800

A22

0 V

220

V3

x 16

00 A

3 x

300

A22

0 V

3P -

1T

Int.

Gra

l.3x

300

A22

0 V

3 x

20 A

Tab

lero

Prin

cip

al

Tab

la N

o. 2

A

3 x

100

A22

0 V

3x80

A3x

80 A

3x80

A3x

80 A

1/4-

100

0 V

c/u

Z=2.

75 %

Ap

ert

ura

c/c

arg

aIc

c=

20 k

A

Cla

se F

use

23 k

V 3F, 3

H, 6

0 H

z

3 x

100

A22

0 V

3 x

100

A22

0 V

3 x

100

A22

0 V

80.5

3 A

e%

=2%

13.4

28 k

W4-

2 A

WG

1- 8

dT-

35

mm

L= 9

.5 m

56.2

2 A

e%

=2

%6.

240

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4 A

WG

1- 8

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35

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L= 6

m

60.9

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e%

=2%

8 kW

4- 4

AW

G1-

8 d

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mL=

40

m

61.9

613

Ae

%=

2%8.

953

kW4-

4 A

WG

1- 8

dT-

35

mm

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1.5

m

53.7

913

Ae

%=

2%5.

4085

kW

4- 4

AW

G1-

8 d

T- 3

5 m

mL=

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5 m

227.

2 A

e%

=2%

87.8

165

kW4-

300

MC

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2 d

T- 7

8 m

mL=

61

m

80.5

3 A

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=2%

13.4

28 k

W4-

2 A

WG

1- 8

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mm

L= 9

.5 m

80.5

3 A

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=2%

13.4

28 k

W4-

2 A

WG

1- 8

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35

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L= 1

5.5

m

80.5

3 A

e%

=2%

13.4

28 k

W4-

2 A

WG

1- 8

dT-

35

mm

L= 1

5.5

m

Tab

lero

Ge

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ral L

ab

.Ta

bla

No

. 3A

Tab

lero

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Torn

os)

Tab

la N

o. 4

A

Tab

lero

A (

Torn

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Tab

la N

o.

4A

Tab

lero

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Torn

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Tab

la N

o. 4

A

Tab

lero

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Torn

os)

Tab

la N

o. 4

A

Tab

lero

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. 5A

Tab

lero

F (

Lám

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Tab

la N

o. 6

A

Tab

lero

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Ma

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s)Ta

bla

No

. 8A

Tab

lero

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Fre

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ora

s)Ta

bla

No

. 7A

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Hg

Hg

Hg

Hg

Hg

5x 1

62 W

5x 1

62 W

5x 1

62 W

5x

162

W

4.37

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%=

1%50

0 W

2- 1

2 A

WG

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6 m

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12

m

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2 A

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1 -

14 d

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8 m

4.37

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2 A

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0 W

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m

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0 W

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2 A

WG

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m

4.37

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mL=

20

m

4.37

Ae

%=

1%50

0 W

2- 1

2 A

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T- 1

6 m

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m

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Ae

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m

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- 12

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2 A

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1 -

14 d

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m

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1x15

A1x

15 A

1x10

A1x

10 A

1x10

A1x

10 A

1x10

A1x

10 A

1x15

A1x

15 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

3 x1

00 A

220

V

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

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10

m

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

mL=

12

m

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

mL=

10

m

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

mL=

8 m

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

mL=

6 m

8.7

07 A

e%

=1%

1.4

92 k

W4

-12

AW

G1

-12

dT-

16

mm

L= 4

m

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

mL=

2 m

8.70

7 A

e%

=1%

1.4

92 k

W4-

12 A

WG

1-12

dT-

16

mm

L= 2

m

8.70

7 A

e%

=1%

1.49

2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

T- 1

6 m

mL=

4 m

M28

M29

M30

M31

M32

M33

M34

M35

M36

2x28

W2x

28 W

2x28

W2x

28 W

2x28

W2x

28 W

2x28

W2x

28 W

2x28

W2

C.P

.22

0 V

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A18

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d.

K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

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. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

180

0 rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8

.2 A

180

0 rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

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. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

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- 4

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2 C

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220

V8.

2 A

1800

rp

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- 4

H

2 C

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220

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2 A

1800

rp

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- 4

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2 A

1800

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2 A

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- 4

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2 A

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rp

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- 4

H

2 C

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220

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2 A

1800

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. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

od

. K3F

- 4

H

2 C

.P.

220

V8.

2 A

1800

rp

mC

od

. K

3F -

4H

3 x

100

A22

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220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

220

V3x

20 A

M20

M21

M22

M23

M24

M25

M26

M27

M19

2x28

W2x

28 W

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12 d

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1.49

2 kW

4-12

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2 kW

4-12

AW

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12 d

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8.70

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1.49

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4-12

AW

G1-

12 d

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6 m

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1.49

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4-12

AW

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12 d

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1.49

2 kW

4-12

AW

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4-12

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4-12

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4-12

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6 m

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- 4

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2 C

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220

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- 4

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28 W

2x28

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28 W

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28 W

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W2x

28 W

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6 m

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4-12

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12 d

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6 m

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4-12

AW

G1-

12 d

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6 m

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2 kW

4-12

AW

G1-

12 d

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6 m

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8.70

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2 kW

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12 d

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220

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20 A

220

V3x

20 A

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V3x

20 A

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V3x

20 A

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V3x

20 A

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W2x

28 W

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W2x

28 W

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W2x

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16

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7 A

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H

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V5.

7 A

3440

rp

m1F

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H

1 C

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3 A

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1 C

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220

V2.

3 A

3F -

4H

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4.37

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18

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12

AW

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16

mm

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AW

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T- 1

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Hg

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Hg

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Hg

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Hg

Hg

Hg

Hg

1x10

A1x

10 A

Hg

Hg

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10 A

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V

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TABL

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CUI

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CIR

CUI

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TABL

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S

TABL

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. DE

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CUI

TOS

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TABL

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TABL

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TABL

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S

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V

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CUI

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Page 180: INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/9705/1/68.pdf · 3.4.4 Diseño del sistema de puesta a tierra con el programa CYMGrd 104 3.4.4.1

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Page 181: INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/9705/1/68.pdf · 3.4.4 Diseño del sistema de puesta a tierra con el programa CYMGrd 104 3.4.4.1

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“Referencias”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 161

REFERENCIAS.

Capitulo 1.

[1] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-001-SEDE-2005), Instalaciones Eléctricas (Utilización).

[2] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-022-STPS-1999), Secretaria del Trabajo y Prevención

Social. [3]

NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-008-SCFI-1993), Sistema general de Unidades de Medida.

[4] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-025-STPS-1999), Secretaria del Trabajo y Prevención

Social.

[5] Enríquez Harper Gilberto, “Protección de instalaciones eléctricas industriales y

comerciales”.2da, edición, Editorial LIMUSA, México Df, 540 págs.

[6] Enríquez Harper Gilberto, "Pruebas de mantenimiento a equipos eléctricos", editorial Limusa-

Wiley, México 2009.

[7] Martínez Requenn Juan J, Toledo Gasca José C, "Puesta de tierra en edificios y en instalaciones

eléctricas”, editorial Thompson, 2002.

[8] Enríquez Harper Gilberto." Elementos de diseño de una subestaciones eléctricas”, ed. Limusa,

2da edición, 2002.

[9] Guru.S Bhag y Hiziroglu R. Huseyin."Maquinas eléctricas y transformadores", 3era edición,

editorial Oxford 2003.

[10] Chapman J. Stephen."Maquinas Eléctricas", editorial Mac Graw Hill, 4ta edición 2005.

[11] Bratu N., (1992), Instalaciones eléctricas, Introducción a las instalaciones eléctricas, Alfa omega

grupo editor, 2da. Edición, México D. F.

[12] Enríquez Harper Gilberto. “Manual de instalaciones eléctricas residenciales e industriales”,

editorial Limusa, 2da edición, 2005.

[13] http://www.mitecnologico.com/Main/InstalacionElectrica

[14] http://www.mitecnologico.com/Main/SubestacionElectricaPartesPrincipales

[15] http://www.ruelsa.com/notas/tierras/pe70.html.

[16] http://gama.fime.uanl.mx/~omeza/pro/SE/7.pdf

[17]http://d1105488.mydomainwebhost.com/usuarios/Toni/web_magnetismo_3/magnetismo_indice.h

tml#transformador

[18] http://www.draaisa.com/pags/productos/conductores/cables-baja tension.php

[19] http://plussuministros.com.mx/productos/accesorios-conduit-c-7_25.html

[20] http://www.ferrelectro.com/portal/images/stories/productos/soporteria

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“Referencias”

I.P.N | “Propuesta para La optimización del sistema eléctrico del laboratorio de procesos industriales del CECyT 11” | 162

[21]http://www.electrocentro.com.mx/index.php?num=14&pro=10&nombre=Canalizaciones%20Elect

ricas

[22] http://www.eegsa.com.mx/prod-federal-pacific.htm

[23]Westinghouse, “Manual del alumbrado”, editorial DOSSAT, S.A. 4

ta edición.

[24] http://www.gelighting.com/es/product_portfolio/fittings/indoor_lighting/

[25]Curso Mantenimiento Subestaciones, por "Sistemas de distribución y Potencia eléctrica, S.A. de

C.V."

Capitulo 2.

[1] Departamento de Recursos Materiales del CECyT 11

Ing. Edmundo Ceja

[2]

Aportación de “Propuesta de optimización del sistema eléctrico en el laboratorio de procesos

industriales del CECyT”Wilfrido Massieu”

[3] Programa CYMGrd

Versión 6.3

Revisión 7

Copyright © 2006

Capitulo 3.

[1] NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM-001-SEDE-2005), Instalaciones Eléctricas (Utilización).

[2]

Aportación de “Propuesta de optimización del sistema eléctrico en el laboratorio de procesos

industriales del CECyT” Wilfrido Massieu”

[3] http://www.tecinsaguate.com/siemens/siemens.pdf

[4] http://www.holophane.com.mx/pdf/principios%20de%20iluminacion.pdf

[5] http://www.simcli-iluminacion.com/NIVELES%20DE%20ILUMINACION%20EN%20MEXICO.pdf

[6] http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=AD643128&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf

[7] http://www.luz.philips.com/latam/archives/es_guia_de_produtos_lamp_09.pdf

[8] http://www.luz.philips.com.mx/archives/Alto%20T5.pdf

[9]http://www.beck-ipc.com

[10] http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r48466.PDF

[11]Programa FST4.01.16, Copyright 1985-2000

FESTO AG & Co.

[12]

Norma IEEE-80-2000 Sistemas de puesta a tierra.