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Dimensionamiento de conductores para
instalaciones eléctricas
M. I. Enrique Balan Romero
Sustentabilidad en la instalación eléctrica
28 de Julio 2011
Introducción
La instalación eléctricaEs el medio por el que se provee de energía a dispositivos y aparatos eléctricos.
Conjunto de elementos que permite transportar, distribuir y dar uso a la energía eléctrica.
Elementos: Conductores, soportes, interruptores, tableros, aisladores, transformadores, etc.
Características deseadas de la instalación - Segura - Eficiente- Accesible - Flexible
Disminuyendo las pérdidas I2 R
Métodos prácticos- Disminuir la corriente por el conductor
carga mas eficiente
- Disminuir la oposición del conductorincrementar calibre
Eficiencia en la transmisión
Transmisión eficiente de la energía por el conductor
Sustitución de lámparas
Incandescente Fluorescente compactaDesventajas- Calor generado- Ineficiencia de conversión
Desventajas- Contaminación por mercurio- Generación de armónicas
100 Watts23 Watts
Otros: LED, Pantalla electroluminiscente
Acciones realizadas (resultados espectaculares)
Disminuyendo las pérdidas I2 R
Eficiencia en la transmisión
Sustitución de motores eléctricos‘estándar’ por ‘alta eficiencia’
Motor eléctrico, marca S… 20 HP, 1800 RPM, 440VCA, 4 polosEficiencia ‘estándar’ 88%Eficiencia ‘premium’ 92%
Eficiencia
HP
Hay una tendencia creciente a pagar un precio adicional y obtener el premio de la eficiencia, la cual a veces en motores grandes puede ser tanto como 1.5% (Ing Roberto Ruelas ah50)
Acciones realizadas (resultados modestos)
Disminuyendo las pérdidas I2 R
Eficiencia en la transmisión
Incrementando el calibreCarga trifásica, 50kW, longitud del conductor 100m, al aire, tensión 220VCA
*El precio del conductor varia por marca, características, volumen de adquisición, etc.
Sección
Impedancia
75 ºC
Caída de tensión
Eficiencia Precio*
mm2 (AWG) / 100m % % $
67.4 (2/0) 0,0319 3,3 96,8 26118
85.0 (3/0) 0,0254 2,6 97,5 34008
107.2 (4/0) 0,0202 2,1 98,0 42267
126.7 (250) 0,0173 1,8 98,3 50928
152.0 (300) 0,0144 1,5 98,5 58500
CONDUCTOR DE COBRE
Disminuyendo las pérdidas I2 R
Eficiencia en la transmisión
El conductor óptimo
Selección del tamaño del conductor (calibre)
a) Por la corriente demandada por la carga- tablas (normas y fabricantes)
b) Por la caída de tensión en el conductor, tradicional 3% - pérdida de energía, 3% aprox.
c) Disminución en la emisión de CO2
- depende del país y su índice de emisiones
d) Cálculo óptimo - máximo beneficio de la inversión
Cálculo tradicional Cálculo
óptimo
Beneficios técnicos incrementando el calibre
El conductor óptimo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1096.5
97
97.5
98
98.5
99
99.5Eficiencia en el conductor
Opción de conductor
P o
r c
i e
n t
o
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
50
100
150
200
250
Ahorro de energía durante la vida útil
Opción de conductor
M W
h
Incrementode eficiencia
Mayor calibre →
Operación*Años esperados 30 Horas diarias 15Días anuales 300
*Por simplicidad en el resultado no se ha tomado en cuenta variabilidad de la carga (curva de perfil de carga)
conductor óptimo
Beneficios económicos incrementando el calibre
El conductor óptimo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
10
20
30
40
50
60
70 Beneficio económico
Opción del conductor
M i
l e s
d
e
$
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
5
10
15
20
25
30
Recuperación de la inversión
Opción de conductor
A ñ
o s
Mayor calibre →
Beneficios ambientales incrementando el calibre
EQUIVALENCIAS
Barril de petróleo
BkWh BCO2
kWh t CO2
1 1 586 0,3738
Los valores dependen del país
El conductor óptimo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
50
100
150
200
Consumo de combustible por pér-didas
Opción de conductor
Bar
ril d
e p
etró
leo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
10
20
30
40
50
60
70
CO2 emitido por pérdidas
Opción de conductor
T o
n e
l a
d a
s
Mayor calibre →
Cálculo tradicional- Mínima inversión inicial- Calibre mínimo- Pérdidas elevadas durante toda la vida útil
Cálculo óptimo- Máxima relación costo beneficio- Calibre mayor comparado al cálculo tradicional- Muy bajas pérdidas durante la vida útil- Recuperación de la inversión en corto tiempo- Beneficios técnicos, económicos y ambientales
Selección del conductor
mm2
$
Costo inicial (CI)
Costo de operación (CJ)
Costo total (CT)
Costo mínimo
Conductor Óptimo
El incremento en el tamaño del conductor tiene un límite dado por razones económicas, su resultado:
el "Conductor óptimo"
Selección del conductor
Variables que intervienen en el ‘Conductor Óptimo’
- Precio del conductor y su instalación- Precio del kWh- Número de horas anuales de operación- Número de años útiles de la instalación - Tasa de interés
Selección del conductor
1. Incrementar la eficiencia energética En el ejercicio de 96,8% a 98,5% (1,7%)
2. Disminuir el consumo de hidrocarburos En el ejercicio de 170 barriles a 77 barriles (por pérdidas en el conductor)
3. Disminuir la emisión de CO2 (gas de efecto invernadero) En el ejercicio de 64 toneladas a 29 toneladas(por pérdidas en el conductor)
Hidroeléctrica "La Yesca" México Duración de la obra: 4.5 años (inauguración Oct 2012) Inversión: mayor a $800 millones de USD Generación: 750MW, el 1.4% del actual 53 GW
Conductores, necesidades nuevas
- La eficiencia energética de los transformadores debe ser…
- Todos los motores deben ser de eficiencia …
¿Porqué no?- La eficiencia energética en conductores debe ser mayor a 99% …
Exigencias normativas*
* Cada país tiene su regulación
Conductores, necesidades nuevas
Beneficiarios al disminuir pérdidas en el conductor- El consumidor de energía eléctrica, rubro económico.
- El suministrado de la energía eléctrica, disminuye la presión por la generación o la pospone.
- El país, menor consumo de combustibles fósiles.
- El medio ambiente, menor contaminación.
- La instalación es sustentable.
Conductores, necesidades nuevas
a) Manual
Comparaciones hasta encontrar un valor máximo en el retorno de la inversión
VALOR PRESENTE DE LA INVERSIÓN
$0
$50
$100
$150
1 2 3 4 5 6 7 8Opción de conductor
Mile
s de
pes
os
Selección del conductor
b) Expresiones de uso específico (IEC-287-3-2)
5,0
20202max 201
1000
A
BFIS mec
c) Por software (Dimensionamiento óptimo de conductores eléctricos)
El concepto Edificio Verde o Ecológico (Green building)
"Inmueble que satisface las necesidades actuales sin poner en peligro a las generaciones futuras”.
Inmuebles cuyo impacto en el medio ambiente es mínimo, en la construcción y en la operación.
Máximo aprovechamiento de la energía disponible y materiales 100% reciclables (en lo posible).
Sustentabilidad en la instalación eléctrica
El costo inicial mínimo en el dimensionamiento del conductor
Resultado:- Pérdidas elevadas durante toda su vida útil- Quema de combustibles fósiles por las pérdidas- Emisión de CO2 a la atmósfera (quema de combustibles)- Incremento de la temperatura global
La práctica ˝El costo inicial mínimo˝, no es sustentable
Sustentabilidad en la instalación eléctrica
El edificio ecológico
Emitir a la atmosfera CO2, derivado de la quema de combustibles fósiles para la generación de energía eléctrica, propiciado por desperdicio en la transferencia de energía, no es ecológico, es una variable que deberá ser tomada en cuenta al denominar o calificar a un inmueble como Edificio Ecológico.
Sustentabilidad en la instalación eléctrica
Selección del tamaño del conductor por su objetivo
Técnico: Eficiencia energéticaAmbiental: Disminución de gases contaminantesPolítico: Cumplimiento de convenios internacionalesEconómico: Disminución de costos de operaciónNormativo: Cumplir disposiciones normativas
Resumen
