4° Ingeniería Industrial

1. Introducción:

Vamos a proceder al diseño de la instalación eléctrica de una industria cerámica del tercer fuego en la que tenemos diferentes consumos, entre los cuales podemos destacar debido a su importancia los siguientes:

• Horno monoestrato con un consumo de 25 Kw y 2 cabezales de granilla con un consumo de 1 Kw.

• 2 líneas serigráficas para la decoración de azulejos que consumen en su totalidad 36 Kw.

• 1 compresor con una potencia de 10 Kw.

• Un sistema de iluminación que permita la correcta realización del trabajo en todas las zonas de la planta y que supondrá un consumo de 17.4 Kw.

• Diferentes enchufes distribuidos por toda la nave industrial para alimentar la maquinaria móvil, siendo el consumo de cada uno de ellos de 2 Kw.

• Una zona de oficinas con un consumo total de 10 Kw.

2. Características de la instalación:

Esquema de distribución:

El esquema de distribución que se va a emplear en esta industria es un esquema TT. Para ello, la puesta a tierra del neutro del transformador del centro de transformación es independiente del sistema de puesta a tierra de las masas de la instalación de baja tensión.

Tomas de corriente:

Las tomas de corriente serán todas monofásicas con las siguientes características:

230 V ~ 50/60 Hz

3. Descripción de la instalación:

Cuadro principal:

Del cuadro principal saldrán cinco líneas trifásicas, de las cuales tres irán a para a tres cuadros secundarios o de distribución. De las líneas que no van a cuadros secundarios, una de ellas alimentará al horno y los cabezales de granilla que tienen un consumo de 26 Kw y la otra lo hará a una línea de 22 Kw.

Líneas de distribución y canalización:

Se trata de líneas trifásicas constituidas por las tres fases, el neutro y el conductor de protección, cuyas dimensiones, material del conductor, material de aislamiento y protecciones se indican en el apartado de cálculos posterior.

Cuadros secundarios:

Disponemos de tres cuadros secundarios:

• Cuadro 2 (Alumbrado): Cuadro que distribuye la instalación de alumbrado por toda la nave, a partir del cual saldrán cuatro líneas, tres de alumbrado interior y una de alumbrado exterior. Las líneas de alumbrado interior estarán separadas 15 metros entre si, y pondremos un punto de luz de 500 w cada 5 metros.

Las lámparas utilizadas para la correcta iluminación de la nave serán las siguientes:

- Alumbrado exterior: 20 lámparas de 125 w.

- Zona de trabajo y almacén : 27 lámparas de 500 w.

• Cuarto del compresor: 1 lámpara de 250 w.

• Aseos: 4 lámparas de 100 w.

• Laboratorio: 1 lámpara de 250 w.

- Almacén de pantallas: 2 lámparas de 250 w.

• Cuadro 3 (Oficinas): Se encarga de la alimentación de la zona de oficinas y se compone de tres líneas.

- Línea que alimentará los consumos de alumbrado de 5 Kw.

- Línea de alimentación de los aparatos eléctricos (3 Kw).

- Línea de alimentación de los enchufes (2 Kw).

• Cuadro 4: De este cuadro saldrán 2 líneas, una de las cuales alimentará a las líneas serigráficas con un consumo de 36 Kw, y la otra tendrá un consumo de 12 Kw.

Los cuadros de distribución se situarán en el interior del local, en lugar

fácilmente accesible. Se realizarán con materiales no inflamables y a una distancia del suelo a los mecanismos de mando de 1.8 metros.

4. Tabla de consumos:

Necesitamos conocer la potencia de cada uno de los consumos así como su factor de potencia para poder obtener la sección de las líneas que los alimentan.

Además, hay que tener en cuenta que dichos consumos vienen modificados por un coeficiente de simultaneidad que hemos obtenido teniendo en cuenta la frecuencia de uso de cada una de las cargas.

Hemos dividido el circuito en diferentes líneas principales, de las cuales se muestran los datos de consumo:

CUADRO PRINCIPAL

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Potencia reactiva (KVAr)	Coeficiente de simultaneidad
Línea 2	22	0.82	15.36	0.3
Línea 3(Alumbrado)	17.4	1	0	1
Línea 8 (Horno)	26	0.8	19.5	1
Línea 9 (Oficinas)	10	0.95	3.29	0.8
Línea 10	48	0.84	31	1

CUADRO 2 (ALUMBRADO)

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Línea 4	4.95	1	1
Línea 5	4.5	1	1
Línea 6	5.45	1	1
Línea 7	2.5	1	1

CUADRO 3 (OFICINAS)

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Potencia reactiva (KVAr)	Coeficiente de simultaneidad
Línea 13	5	1	0	1
Línea 14	3	0.8	2.25	0.8
Línea 15	2	0.85	1.24	0.2

CUADRO 4

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Potencia reactiva (KVAr)	Coeficiente de simultaneidad
Línea 11	36	0.84	23.25	0.8
Línea 12	12	0.85	7.43	0.2

LINEA 2

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Compresor	10	0.8	0.5
Enchufe aseos	2	0.85	0.2
Enchufe aseos	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2

LINEA 4

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Punto de luz (Baño)	0.1	1	0.2
Punto de luz (Baño)	0.1	1	0.2
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Comp)	0.25	1	1

LINEA 5

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1

LINEA 6

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Punto de luz (Baño)	0.1	1	0.2
Punto de luz (Baño)	0.1	1	0.2
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Nave)	0.5	1	1
Punto de luz (Lab)	0.25	1	1
Punto de luz (Alm)	0.25	1	1
Punto de luz (Alm)	0.25	1	1

LINEA 7

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5
Punto de luz	0.125	1	0.5

LINEA 8 (horno)

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Horno	25	0.8	1
Cabezal granilla	0.5	0.85	0.5
Cabezal granilla	0.5	0.85	0.5

LINEA 11 (Línea serigráfica)

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Secadero	0.5	0.85	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Motor	0.5	0.8	0.8
Cabezal serigráfico	1	0.85	0.8
Carga bandejas	4	0.85	0.8
Carga bandejas	4	0.85	0.8
Descarga bandejas	4	0.85	0.8
Descarga bandejas	4	0.85	0.8

LINEA 12

Elemento	Potencia (Kw)	Cos 	Coeficiente de simultaneidad
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe aseos	2	0.85	0.2
Enchufe aseos	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2
Enchufe	2	0.85	0.2

4. Potencia total:

Los datos de potencia obtenidos a través de todos los consumos anteriores son:

P total = 123.4 Kw.

Q total = 69.03 KVAr

S total = 141.39 KVA

Cos  = 0.87

Teniendo en cuenta todos los consumos de la nave industrial obtenemos una

potencia a suministrar de 141.39 KVA, por lo que dispondremos de un centro de transformación de 160 KVA (el comercial superior más próximo).

5. Sistemas de instalación:

Línea	Longitud (m)	Conductor	Aislamiento	Polaridad del circuito	Sistema de instalación
Línea 1	5	Cu	PR	T+N	Enterrada
Línea 2	57	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 3	7	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 4	45	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 5	60	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 6	75	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 7	190	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 8	7	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 9	50	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 10	6	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 11	39	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 12	59.6	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 13	50	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 14	50	Cu	PR	T+N	Bandeja
Línea 15	50	Cu	PR	T+N	Bandeja

6. Cálculo de secciones:

El cálculo de las secciones lo realizaremos según el criterio térmico. En primer lugar calcularemos las intensidades que circulan por cada línea según la expresión:

Una vez calculadas las tensiones de las líneas podremos buscar las secciones adecuadas de los conductores teniendo en cuenta la forma de instalación, clase de conductor y aislamiento empleado. Estos parámetros se muestran en la siguiente tabla:

LÍNEA	LONGITUD (m)	INSTALACIÓN	AISLAMIENTO	CONDUCTOR
1	5	Enterrada	PR	Cu
2	57	Bandeja	PR	Cu
3	7	Bandeja	PR	Cu
4	45	Bandeja	PR	Cu
5	60	Bandeja	PR	Cu
6	75	Bandeja	PR	Cu
7	190	Bandeja	PR	Cu
8	7	Bandeja	PR	Cu
9	50	Bandeja	PR	Cu
10	6	Bandeja	PR	Cu
11	39	Bandeja	PR	Cu
12	59.6	Bandeja	PR	Cu
13	50	Bandeja	PR	Cu
14	50	Bandeja	PR	Cu
15	50	Bandeja	PR	Cu

En la siguiente tabla se indican las intensidades calculadas para cada línea, así como las secciones de fase, del neutro y del conductor de protección obtenidas a partir de las corrientes según la Tabla II de RBT: Instr: MIE BT 017 p.6. para conducciones en bandeja y MIE BT 007 p.3 para conducciones enterradas.

LÍNEA	I (A)	Sfase (mm2)	Sneutro (mm2)	SCP (mm2)	IZ (A)
1	220.07	95	95	47.5	335
2	40.76	10	10	2.5	64
3	26.44	10	10	2.5	64
4	7.52	1	1	2.5	15
5	6.84	1.5	1.5	2.5	20
6	8.28	2.5	2.5	2.5	27
7	3.80	2.5	2.5	2.5	27
8	49.38	10	10	2.5	64
9	16.87	1.5	1.5	2.5	20
10	86.57	35	35	16	141
11	65.12	25	25	16	114
12	21.45	2.5	2.5	2.5	27
13	7.6	1	1	2.5	15
14	5.7	1	1	2.5	15
15	3.57	1	1	2.5	15

Nota: Algunas de las secciones no se corresponden con las tablas utilizadas debido a que han sido mayoradas para cumplir eficazmente con el criterio térmico.

A continuación procedemos al cálculo de las intensidades de diseño aumentando en un 25 % la intensidad de aquellas líneas que requieran motores quedando de la siguiente forma:

Línea	IB (A)
1	248.65
2	40.76
3	26.44
4	7.52
5	6.84
6	8.28
7	3.8
8	61.73
9	16.87
10	102.85
11	81.4
12	21.45
13	7.6
14	5.7
15	3.57

Una vez hemos calculado las secciones de todos los conductores según el criterio térmico debemos comprobar que los valores de las secciones cumplen también el criterio de la caída de tensión. En el Reglamento de baja tensión se nos indica que la caída de tensión máxima debe ser menor del 3% para la iluminación y 5% para el resto de las líneas. Calcularemos estas caídas de tensión mediante la expresión:

Donde: Cu = 0.01724 ( · mm2/m)

R = L/S

Los resultados de aplicar la expresión anterior se muestran en la siguiente tabla:

LÍNEA	U(%)
1	0.089
2	1.49
3	0.145
4	2.66
5	2.15
6	1.95
7	2.27
8	0.27
9	4.19
10	0.12
11	0.84
12	3.42
13	2.98
14	1.79
15	1.19

7. Elección de las protecciones:

A continuación elegiremos las protecciones para cada línea. Para ello necesitamos calcular las intensidades de cortocircuito máximas y mínimas de cada línea.

Antes de calcular las intensidades necesitamos conocer las impedancias de la red, del transformador y de cada línea.

RED

TRANSFORMADOR

Las resistencias de las líneas las calcularemos mediante la ecuación:

Consideraremos XL"0, de manera que las corrientes de cortocircuito que obtendremos serán mayores y por tanta nos quedamos del lado de la seguridad.

Para calcular las corrientes de cortocircuito utilizaremos la ecuación:

Las corrientes de cortocircuito máximas las calcularemos para el origen de la línea y las mínimas para el final de la línea.

A continuación mostramos en una tabla las impedancias necesarias para calcular las corrientes de cortocircuito máximas, así como dichas corrientes:

LÍNEA	Ri (m)	Xi (m)	Zi (m)	Ik,máx (kA)
1	9.07	27.527	28.98	7.57
2	9.98	27.527	29.26	7.5
3	9.98	27.527	29.26	7.5
4	22.05	27.527	35.27	6.22
5	22.05	27.527	35.27	6.22
6	22.05	27.527	35.27	6.22
7	22.05	27.527	35.27	6.22
8	9.98	27.527	29.26	7.5
9	9.98	27.527	29.26	7.5
10	9.98	27.527	29.26	7.5
11	12.94	27.527	30.42	7.21
12	12.94	27.527	30.42	7.21
13	584.7	27.527	585.35	0.375
14	584.7	27.527	585.35	0.375
15	584.7	27.527	585.35	0.375

Seguidamente realizamos los mismos cálculos para obtener las corrientes de cortocircuito mínimas.

LÍNEA	Ri (m)	Xi (m)	Ri (m)	Xi (m)	Zi (m)	IKmin (kA)
1	9.98	27.527	9.98	27.527	29.28	7.49
2	98.28	27.527	108.26	27.527	111.71	1.96
3	12.07	27.527	22.05	27.527	35.27	6.22
4	775.8	27.527	797.85	27.527	789.32	0.275
5	689.66	27.527	711.7	27.527	711.7	0.31
6	517.24	27.527	539.29	27.527	539.29	0.408
7	1310.35	27.527	1332.4	27.527	1332.3	0.165
8	12.07	27.527	22.05	27.527	35.27	6.22
9	574.67	27.527	584.65	27.527	585.3	0375
10	2.96	27.527	12.94	27.527	30.42	7.21
11	26.89	27.527	12.97	27.527	30.43	7.21
12	411	27.527	423.94	27.527	424.83	0.516
13	862	27.527	1446.65	27.527	1446.91	0.152
14	862	27.527	1446.65	27.527	1446.91	0.152
15	862	27.527	1446.65	27.527	1446.91	0.152

Para seleccionar los interruptores magnetotérmicos debemos tener en cuenta los siguientes datos:

• Corriente de diseño, IB.

• Corriente nominal, In

• Intensidad máxima admisible, IZ (según sección, instalación, material y aislamiento del conductor).

• Ib, intensidad correspondiente al valor de (I2t)adm del conductor medido sobre la característica (I2t) de la protección.

• Corriente de cortocircuito máxima, Ik,máx.

• Corriente de cortocircuito mínima, Ik,mín.

Los interruptores que elegiremos deben cumplir las siguientes condiciones:

• Condición práctica de protección frente a sobrecargas:

• IB " In " IZ.

• I2 " 1.45 · In. Esta condición siempre se cumple ya que la norma UNE fija I2=1.45In en las interruptores automáticos.

• Condición de protección mediante interruptor automático:

• Poder de corte > Ik,máx

• Ikmax < Ib

• In < Ik,mín.

En la tabla que mostramos a continuación podemos ver los dispositivos de protección elegidos.

LÍNEAS	IB (A)	IZ (A)	IN (A)	PODER DE CORTE (KA)	TIPO (Catálogo Legrand)	REGULACIÓN
1	248.65	335	320	35	DPX 400	Térmico (0.8-1)IN Magnético (5-10)IN
2	40.76	64	63	15	DPX-E 125	Térmico (0.7-1)IN
3	26.44	64	63	15	DPX-E 125	Térmico (0.7-1)IN
4	7.52	15	10	15	DX-h CURVA C
5	6.84	20	16	15	DX-h CURVA C
6	8.28	27	25	15	DX-h CURVA C
7	3.8	27	25	15	DX-h CURVA C
8	61.73	64	63	35	DPX 250	Térmico (0.64-1)IN Magnético (3.5-10)IN
9	16.87	20	20	15	DX-h CURVA C
10	102.85	141	125	15	DPX-E 125	Térmico (0.7-1)IN
11	81.4	114	100	15	DPX-E 125	Térmico (0.7-1)IN
12	21.45	27	25	15	DX-h CURVA C
13	7.6	15	10	15	DX-h CURVA C
14	5.7	15	10	15	DX-h CURVA C
15	3.57	15	10	15	DX-h CURVA C

Para la comprobación de los diferentes sistemas de protección podemos hacerlo tanto analíticamente como gráficamente.

Analíticamente deberíamos comprobarlo mediante la relación I2t = (KS)2 y compararlo con la Ib.

Sin embargo hemos optado por el método gráfico superponiendo la gráfica de las secciones sobre las gráficas de I2t de los distintos sistemas de protección. Una vez comparadas todas las protecciones podemos decir que todas han sido elegidas correctamente.

Las gráficas se muestran todas a continuación.

1

16