6/15/2015 Dimensionamientoptimodelosconductoreselctricos|ConstructorElctrico

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byEditorial1mayo07http://constructorelectrico.com/dimensionamientooptimodelosconductoreselectricos/

La funcin de un conductor elctrico es llevar la energa elctrica desde la fuente deacometidahastael puntodeutilizacin.Realizaresta funcineficientementedependedesuseccintransversal,por loqueelcorrectodimensionamientode losconductoresesdevitalimportanciaparaunproyectoexitoso

PorRedaccin

Debidoasuresistenciaelctrica,todocabledisipa,enformadecalor,partedelaenergaque transporta. As, los conductores se calculan para tener cierta cada de tensin, queequivalea laprdidadeenergaaproximadaaesevalor.Dichaprdidaesdinero,elcualtienequepagarseenlafacturadelconsumoelctricoyestpresentedurantetodalavidatildelconductor.Elcostoeconmicoquerepresentasetransfierealoscostosoperativosdelequipoosistemaalimentadoydelainstalacinelctricacomountodo.

Uno de los mtodos para reducir la prdida econmica es incrementar el dimetro delconductor, loqueimplicaunaumentoenlainversininicial,queseintegraprincipalmentedelosconductoressinembargo,steescompensadoporladisminucinenlaprdidadeenerga en el conductor. Tal mtodo establece un procedimiento para la seleccin deltamaodelconductor,considerandoelcostodela inversininicialensuadquisiciny loscostosfuturosoperativos.

Tericamente, es posible disminuir la prdida de energa en el conductor a valores

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insignificantes aumentando la seccin del conductor a valores infinitos aunque estosignifica aumentar el costo inicial del cableado y sus accesorios a valores que no sonrentables.Entonces,esnecesarioencontrarunequilibrioentre lagananciaeconmicaenlareduccindelasprdidasyelincrementoenelcostoinicialdelainstalacin.

Otro aspecto notable por considerar al incrementar el dimetro del conductor es ladisminucindelCO2emitidoalaatmsfera,derivadodeladisminucindelasprdidasdeenergaenelconductoryladisminucindeloshidrocarburosquesequemanencentralestermoelctricas, pues es menor el desperdicio de energa y, por lo tanto, tambin lanecesidaddegeneracinelctrica.

El incrementoenel tamaodelconductor tieneun lmitedadopor razoneseconmicasysuresultadoeseldenominadoconductorptimo.

DimensionamientotcnicoEn el dimensionamiento de los conductores intervienen la seccin nominal mnima delconductor, la capacidad de conduccin de corriente del conductor en rgimenpermanente, la cada de tensin en el conductor, la proteccin del conductor contrasobrecargaylaproteccindelconductorcontracortocircuito.

A fin de considerar un circuito correctamente dimensionado, es necesario atender losrequisitos anteriores, donde cada uno impacta en el resultado final del tamao delconductor. Se considera como la seccin nominal final aquella que es la mayor seccinentrelasobtenidas.

El dimensionamiento tcnico del conductor resulta casi siempre en la menor seccinnominal que no compromete la seguridad, la calidad y la durabilidad de la instalacinelctrica. Pero cuanto menor sea la seccin del conductor, mayor ser su resistenciaelctrica. En consecuencia, mayor ser la prdida de energa a lo largo del circuito ydurantelavidatildelainstalacin.

MermasdeenergaPrdidaenlafrecuenciafundamentalLaprdidadeenergaenunconductorsecalculaapartirdesuresistenciaelctrica,delacorrientedelproyectomximaprevistaparaelcircuitoydeltiempoquestacirculaporelconductor,loquepuedeexpresarsedelasiguientemanera:

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As, seobservaque cuantomayor sea la resistividad,mayor ser la prdidadeenerga.Mientras mayor sea la seccin transversal, las prdidas de energa sern menores. Laseleccin de conductores demayor tamao para lamisma aplicacin, siendo delmismomaterial,reducelaprdidadeenerga.Seprefierenconductoresdecobreportenermenorresistividad.

PrdidadeenergaadicionalporpresenciadecorrientesarmnicasLascorrientesarmnicaspuedensignificarunaimportantefuentedeprdidadeenergaenlasinstalacioneselctricas,impactandonegativamenteloscostosoperativos.

LacorrientemximaIquecirculaenelconductoryadebeincluir lascorrientesarmnicasqueelcalculadordeseeincorporar.

Paraencontrarlasprdidasdebidoalapresenciadecorrientesarmnicas,sernecesariocalcularelvalordelaresistenciaelctricaacadafrecuenciaarmnica(Rh)presenteenelflujodecorriente.Enseguidasecalcula laprdidaenelconductorparacadaarmnicaapartirdelaecuacin:

Seleccin. El conductor adecuado para cada instalacinhabr de elegirse con base en clculos que estimen lasprdidasdeenergayloscostosrelacionados

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Rhes lamagnitudde laoposicinal flujoelctricodel cableenuna frecuenciaarmnicadada,yesdiferentedelvalorde la resistenciaencorrientecontinuaquenormalmentesepresentaenloscatlogosproporcionadosporlosfabricantes.

Lo anterior se debe, principalmente, al fenmeno conocido como efecto pelicular: lacorrientealternademayorfrecuenciatiendeacircularpredominantementeporlasuperficieexterior del conductor, lo que causa una aparente disminucin en la seccin efectiva delconductor. Como consecuencia, se genera un aumento en la resistencia elctrica delconductor.Sielproyectistadesconocelosvaloresdecorrientearmnicaolacargaqueseconectaralcircuito,seaconsejaincrementaralmenosenuncalibreaquelloscircuitosconcargasnolinealesestodependerdelaexperienciadelproyectista.

EldimensionamientoptimoElprocedimientoanalticoparadeterminarlaseccinptimadelosconductores,ascomolamanera de combinar los costos de los conductores y su instalacin con los costos deprdidas de energa durante su vida til vienen indicados en la normamexicanaNMXJ685ANCE2013,Guaparadeterminar ladesignacinptimadeconductoreselctricosysusaspectosambientales.Enestanormasecalculaelbeneficioeconmicoqueseobtieneal instalarunconductordemayorseccin,que,aunquepresentaunprecio inicialmayor,secompensaporladisminucinenlaprdidadeenergadurantesuoperacin.

En la norma referida se omiti la inflacin considerando que afectar tanto al costo deldinero, comoal costo de la energa.Si estos puntos fueran considerados para elmismoperiododetiempoyelefectodelainflacinfueraaproximadamenteelmismoparaambos,la eleccin de una seccin econmica puede realizarse satisfactoriamente sin introducirlacomplicacinadicionaldelainflacin.

Atender a la normativa permite realizar el procedimientoadecuado para determinar la seccin ptima de losconductores

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Las frmulas propuestas en la norma son directas, pero en su aplicacin se debe darsegn la hiptesis de que los parmetros financieros asumidos no se vern alteradosdurante lavidaeconmicadelcableensudefecto,afectarna lasvariableseconmicasenlamismaproporcin.

EcuacionesparaeldimensionamientoptimodeconductoresdeacuerdoconNMXJ685ANCE2013La seccin ptima (Sop) del conductor se determina por medio de las siguientesexpresiones:

A=Costoporunidaddelongitudconformealaseccindelconductor($/m?mm2)=aumentoanualdelacarga(I)(%)B=cantidadauxiliar (prdidasporefectosuperficialypantallasB=1parabajaymediatensin)b=aumentoanualdelcostodeenerga(%)D=variacinanualdelademandaF=cantidadauxiliarI=corrienteprevistaparaelcircuitoenelprimerao(A)i=tasadecapitalizacinparaelclculodelvalorpresente(%)N=vidatilovidamediaesperadadelcableado(ao)NC=nmerodecircuitosquellevanelmismotipoyvalordecargaNP=nmerodeconductoresdefaseporcircuitoP=costodeunwatthoraenelniveldelatensinpertinente($/Wh)Q=cantidadauxiliarr=cantidadauxiliarSop=seccinptimadelconductor(mm2)T=tiempodeoperacinanual(h/ao)P=factordeproximidad(yp=0,parabajaymediatensin)s=factorporefectopelicular(ys=0,parabajaymediatensin)20=coeficientedetemperaturaparalaresistenciadelconductora20C(K1)1=factordeprdidadelacobertura(1=0,parabajaymediatensin)2=factordeprdidadelarmazn(2=0,parabajaymediatensin)m=temperaturapromediodeoperacindelconductor(C)20=resistividadelctricadelmaterialconductora20C(*m)

Lasvariablesqueintervienenenelclculodelconductorptimoson:

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Como puede verse, el clculo ptimo de un conductor requiere mayor conocimiento,involucraelpreciode losconductores,de laenerga,delentornoeconmicoyde lavidamediaesperada.

Laaplicacindelanormaderivaenunsoloconductor,elptimo.Conunejercicioficticio,es posible observar el comportamiento tcnico y econmico al seleccionar diferentescalibresdeconductorparaunmismocircuito.

En la tabla que aparece a continuacin se

observa el comportamiento de diversos conductores con una carga trifsica de 50 kVA,longituddeconductorde100m,alaire,tensindeoperacinde220VCA,15horasdiariasdeoperacindurante300dasanuales,vidatilesperadade30aos,precioporkWhde1pesoytemperaturaambientede30C.Alincrementarlaseccindelconductor,disminuyenlas prdidas. Aunque incrementa el precio inicial, hay un ahorro, denominado utilidad,derivado del menor costo de la energa. La sexta columna corresponde al conductorptimo que representa elmximo beneficio econmico para esta instalacin y para esascaractersticasdeoperacin.

ConinformacindeICAProcobre,organizacinldermundialenlapromocindelcobre,administrada por profesionales de diversas reas, la cual rene a todos los sectoresinteresadosen lacadenaproductiva.Concercade500asociadosypresenciaenmsde50pases, susprogramas cubrendiversasreas, destacando los proyectosdeeficienciaenergtica, desarrollo sostenible, seguridad en las instalaciones elctricas y acceso a laenerga.

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