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Instalaciones Eléctricas Ing. Ossmany Pizzati
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Introducción
En el siguiente documento abordaremos el tema 3 de la unidad I; Aislantes y Conductores Eléctricos, en el cual están contenidos todos los lineamientos a seguir en cuanto al tipo, cualidades y usos de aislantes y conductores. También se describen los lineamientos a seguir según el Código Nacional Eléctrico del 2014 para su elección. Por último, se describe un ejemplo de cómo calcular el calibre de un conductor con respecto a la corriente, temperatura, número de conductores en un ducto y el lugar donde se instalará.
Conductor Eléctrico
Un conductor eléctrico es un material que posibilita la transmisión de electricidad. Esta capacidad llamada ampacidad está dada por la escasa resistencia que ejerce ante el movimiento de los electrones. Existen distintas clases de materiales que actúan como conductores eléctricos, los más eficiente son los metales como el oro, la plata, el cobre, el aluminio. Sin embargo, algunos materiales que no son metales, como una solución salina o el grafito, también funcionan como conductores eléctricos. En las instalaciones eléctricas comerciales y residenciales los conductores de los circuitos de acometida, alimentadores y ramales están hechos de aluminio y de cobre (preferiblemente de este último).
Aislante Eléctrico
Un aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la electricidad. Es utilizado para separar conductores eléctricos entre sí y de la tierra evitando un cortocircuito, también para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que en caso de tener contacto accidental cuando estás se encuentran energizadas pueden producir una descarga. Los más frecuentemente utilizados son los materiales plásticos y las cerámicas.
Tema 3.1: Conductores y Aislantes
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Tipos y Usos de Cables
Los conductores por su uso los podemos clasificar como: Alambres: Es un conductor de un solo hilo sólido, que por su característica hace que sea difícil de maniobrar (doblar, cortar etc.) Conductor de alambre desnudo: Es un solo alambre en estado sólido, no es flexible y no tiene recubrimiento, un ejemplo de uso este tipo de conductores es la utilización para la conexión a tierra. Cables: Es un conjunto de varios hilos trenzados que por su formación hacen que el conjunto sea más maniobrable y puedan tener mayor ampacidad. Entre más hilos forman un conductor más maniobrable será para el mismo calibre o número puede disminuir el diámetro total. Conductor de alambre aislado: Es exactamente lo mismo que el conductor de alambre desnudo con tan solo una diferencia, en este caso el conductor va recubierto de una capa de aislante de material plástico, hule etc. para que el conductor no entre en contacto con ningún otro elemento como otros conductores, personas u objetos metálicos. El conductor aislado se utiliza mucho más que el conductor desnudo tanto en viviendas como oficinas.
Instalaciones Eléctricas Ing. Ossmany Pizzati El tamaño del cable es el calibre de los hilos individuales dentro del cable (diámetro del conductor) algunos calibres como: 14, 12, 10 etc. Cuanto mayor es el número, más pequeño es el tamaño (diámetro del conductor). La seguridad es muy importante, y si su instalación de cables no es adecuada, podría conducir a accidentes es por eso que el tamaño del cable se debe dimensionar de acuerdo a la corriente que pasara a través de él. Calibre: El calibre define el tamaño de la sección transversal del conductor. El calibre puede expresar el área completa del conductor y puede estar expresado en mm², en AWG american wire gauge o en MCM mil circular mils que expresa un radio de una milésima de pulgada. Cuando el calibre se expresa en AWG, el más grueso es el 4/0, siguiendo en orden descendente 3/0, 2/0, 1/0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 14, 16 y 18 que es el más delgado usado en instalaciones eléctricas. El NEC el calibre más pequeño que nos permite para instalaciones eléctricas internas es el No. 14 de cobre. Para conductores con un área mayor del designado como 4/0, se hace una designación en función de su área en pulgadas, denominada CM (circular mil), siguiendo 250,000 CM o 250 MCM o 300 mcm, 350 mcm 400 mcm, 500 mcm etc.
Instalaciones Eléctricas Ing. Ossmany Pizzati Calibre mínimo permitido según el voltaje de utilización
Instalaciones Eléctricas Ing. Ossmany Pizzati El significado de las abreviaturas en los cables es el siguiente: R: Aislamiento de hule T: Aislamiento termoplástico X: aislamiento de polímero sintético barnizado H: resistente al calor hasta 75˚C HH: resistente al calor hasta 90˚C W: resistente a la humedad UF: para uso subterráneo N: cubierta de nylon LS: Cable con baja emisión de humos y bajo contenido de gases contaminantes. SPT: Esta nomenclatura se usa para identificar un cordón que se compone de dos cables flexibles y paralelos con aislamiento de plástico y que están unidos entre sí. También se denomina cordón dúplex. Los cables que más se utilizan para instalaciones en viviendas y oficinas son los termoplásticos: THN, THW, THHW y THWN. NOTA: Si no se indica H, resiste hasta 60˚C
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Tablas de Aislamientos de cables hasta 600 voltios indicando sus
aplicaciones.
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Tablas del NEC para diferentes tipos de cables.
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Disminución de la ampacidad de los cables según condiciones de uso.
La Ampacidad de los cables depende de varios factores, ya que cada tipo de cable tiene sus valores nominales de temperatura ambiente, temperatura de operación y calentamiento, algunos de esos factores que influyen en la ampacidad del conductor son: Artículo 310.10 del NEC: Límites de temperatura de los conductores. Ningún conductor se debe utilizar de modo que su temperatura de funcionamiento supere la temperatura para la cual se diseña el tipo de conductor aislado al que pertenezca. En ningún caso se deben unir los conductores de modo que, con respecto al tipo de circuito, al método alambrado aplicado o al número de conductores. Los principales determinantes de la temperatura de funcionamiento son: La temperatura ambiente: La temperatura ambiente puede variar a lo largo del conductor y con el tiempo. La ampacidad del conductor dada en las tablas 310.16 y 310.17 del NEC se considera una temperatura ambiente de 30°, si la instalación que se va a hacer esta en un lugar donde la temperatura ambiente es diferente se debe hacer uso de la tabla de factores de corrección para encontrar la verdadera ampacidad del cable. El calor generado interiormente en el conductor por el paso de la corriente: incluidas las corrientes fundamentales y sus armónicos. Un mal cálculo de la corriente que pasara a través del conductor o un mal cálculo en el calibre llevara que el conductor se caliente y por ende pierda capacidad en su ampacidad. El valor nominal de disipación del calor generado en el medio ambiente: El aislamiento térmico que cubre o rodea a los conductores afecta el valor nominal de disipación del calor. Si conecta un conductor con aislamiento de 90° aun terminal de 60°, se debe calentar el aislamiento de 90° por encima de 90° antes de que el calor se disipe en el medio ambiente circundante. Los conductores adyacentes portadores de corriente: Los conductores adyacentes tienen el doble efecto de elevar la temperatura ambiente e impedir la disipación de calor.
Instalaciones Eléctricas Ing. Ossmany Pizzati Factores de ajuste:
- Por cambio en la temperatura ambiente. El NEC nos da en la tabla 310.15 (B)(2)(a) pag. 70-158 los factores de ajuste de ampacidad por estar los conductores a diferentes temperaturas de 30°C.
- Más de tres conductores portadores de corriente en una canalización. Cuando el número de conductores portadores de corriente en una canalización o cable es mayor de tres, o cuando los conductores individuales o cables multiconductores se instalan sin conservar su separación en una longitud continua mayor de 600 mm ( pulgadas) y no están instalados en canalizaciones, la ampacidad permisible de cada conductor se debe reducir como se ilustra en la Tabla 310.15(B)(3)(a). pag. 70- 159 cada conductor portador de corriente de un grupo paralelo de conductores se debe contar como un conductor portador de corriente.
- Por exposición a la luz solar. La exposición a la luz solar produce calentamiento por efecto de la radiación de los rayos solares y esta varia con la altura a que nos encontremos del suelo, ya que al estar sobre el directamente impide la ventilación por la parte inferior del sistema protector del cable. La tabla 310.15 (B)(3)(c) pag. 70-159 del NEC nos da los factores de ajuste para tal situación.
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Ejemplo:
Se necesita alimentar un circuito de 120 voltios, en San Pedro Sula que posee una carga de: 3 televisores LCD de 600w cada uno 3 consolas de videojuegos de 230w cada uno. Determinar el calibre del cable. Solución: Al no saber si la instalación se realizara en un lugar seco o húmedo entonces en la tabla 310.13 del NEC se escoge un cable que contenga estos dos tipos de aislación, el cual será el THW. Encontramos la corriente: P= 3600+3230= 2490 watts. P= V*I I= P/V= 2490/120= 20.75 amperios = 21 amperios Utilizamos la tabla 310.16 dado que el cableado ira dentro de una canalización, teniendo en cuenta que la temperatura ambiente de San Pedro Sula oscila entre los 35° y 40° se hará uso del factor de corrección para esta temperatura. En la tabla a 75° de temperatura nominal encontramos el calibre del cable para una corriente de 21 amperios, como no está ese valor exacto en la tabla se toma el que le sigue que ente caso seria 25 con un calibre número 12.
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Este valor de 25 amperios es para 30°, haciendo uso del factor de corrección en la escala de 36-40 se encuentra el valor de 0.88 el cual se multiplica por 25. I= 250.88= 22 amperios. La verdadera corriente que puede soportar ese cable calibre 12 a la temperatura ambiente donde estará la instalación es de 22 amperios y la corriente de carga calculada es 21 amperios, pero debemos usar un factor 125% por seguridad en circuitos derivados por lo que la carga se considera de 211.25 = 26 amp. Por lo que cambiaremos a cable #10 THW con ampacidad de 35*0.88 = 30.8 amp. Y protección de 30 amp. Que es el adecuado.
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