De Circuito Ramales Ejemplos Diversos

27/09/2011

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Cálculo de Circuitos Ramales –Ejemplos diversos

Escuela de Ingeniería EléctricaIE – 1071

Diseño Eléctrico I

Prof. Luis Fdo. Andrés Jácome

Setiembre, 2011

Cálculo de Circuitos RamalesCálculo de llenado de ductos

1. Para un circuito ramal de tomacorrientes que alimenta 12 salidas de 180 VAcada una. Si el circuito tiene tres conductores de cobre # 12 AWG, aislamientoTHHN, ¿cuál será el diámetro del ducto, tipo PVC rígido recomendado a instalar?

SoluciónLos datos del conductor de cobre # 12 AWG, THHN de Phelps Dodge son (si notiene datos de un fabricante puede encontrarlos en la Tabla 5 del Código):Diámetro exterior = 3,24 mmSección de conductor = 3,31 mm2

mmdr 62,1224,3

2

222 25,8)62,1(1415,3 mmrArea

22 75,2425,8*3 mmmmcableslosdeÁrea

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Cálculo de Circuitos RamalesContinuación ejemplo 1

Revisando la Tabla 4: Dimensiones y área porcentual de conduits y tubos el apartado detubería de PVC, rígida, Tipo A, en la columna de más de 2 conductores el área calculadaes 24,75 mm2, se soluciona con el dato que indica 100 mm2 y corresponde al ducto de ½pulgada (el Código indica 16) .

Cálculo de Circuitos Ramales2. Se requiere instalar 4 conductores de 53,5 mm2, con aislamiento THW y un

conductor de puesta a tierra desnudo, calibre 33,6 mm2. ¿Cuál será el diámetrodel ducto, tipo PVC rígido recomendado a instalar para estos conductores?

SoluciónUtilizando los datos de los conductores de Phelps Dodge, se obtiene (si no tienedatos de un fabricante puede encontrarlos en la Tabla 5 del Código):

Sección de conductor = 53,5 mm2 Calibre 1/0 AWGDiámetro exterior = 13,51 mm

mmdr 755,6251,13

2 222 35,143)755,6(1415,3 mmrArea

Sección de conductor de puesta a tierra = 33,6 mm2 Calibre 2 AWG

En este caso, no es necesario el cálculo del área porque ya se tiene el dato porque elconductor es sin aislamiento, es desnudo.

26076,33*135,143*4 mmcableslosdeÁrea

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Cálculo de Circuitos RamalesContinuación ejemplo 2

Revisando la Tabla 4: Dimensiones y área porcentual de conduits y tubos el apartado detubería de PVC, rígida, Tipo A, en la columna de más de 2 conductores el área calculadaes 607 mm2, se soluciona con el dato que indica 940 mm2 y corresponde al ducto de 2pulgadas (el Código indica 53) .

Cálculo de Circuitos Ramales3. Una acometida trifásica de un centro comercial, tiene los siguientes calibres de

conductor en cobre: fases: 2 x 3 # 250 MCM, THHN; neutro: 2 x 1 # 250 MCM,THHN y la tierra: 1 # 3/0 AWG, THHN. Si todos los conductores van en un soloducto, calcule el ducto que debe tener esta acometida?

SoluciónUtilizando los datos de conductores de cobre de Phelps Dodge, se obtiene :Conductor 250 MCM, THHN Conductor 3/0 AWG, THHNSección de conductor = 126,7 mm2 Sección de conductor = 85 mm2

Diámetro exterior = 18,08 mm Diámetro exterior = 14,43 mm

mmdr 04,9208,18

2

222 73,256)04,9( mmrArea

237,217.253,163*173,256*8 mmcableslosdeÁrea

mmdr 215,7243,14

2

222 53,163)215,7( mmrArea

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Cálculo de Circuitos Ramales

Si no se dispone de la Tabla 4, se puede calcular y verificar cuál es el ducto aescoger. Recordar que el área grupal de los 9 conductores es 2.217,37 mm2

Ducto de 75 mm (3 pulgadas) Ducto de 88 mm (3.5pulgadas)

mmdr 5,372

752

222 73,417.4)5,37( mmrArea

mmdr 442

882

222 94,081.6)44( mmrArea

Continuación ejemplo 3

Analizando los resultados anteriores se puede apreciar que NO se cumple conel Código si se instala el ducto de 75 mm (3 pulgadas), porque el valor encontradopara el 40% de llenado es inferior al requerido para el grupo de 10 conductores.

En el caso del ducto de 88 mm (3.5 pulgadas) SI se cumple con el 40% dellenado del ducto, porque el valor requerido por los 10 conductores de laacometida es inferior al valor calculado para este ducto 2.217 mm2 (para los 9conductores) vs. 2.432 mm2 (40% de llenado del ducto)

Ahora bien, dado que el dato es muy cercano, si se usa un ducto superior, porejemplo 100 mm (4 pulgadas) no es problema, más bien facilita la instalación.

21,767.175%40 mmesmmdeductodeláreadel 28,432.288%40 mmesmmdeductodeláreadel

Normalmente los equipos de cocina como plantillas, hornos eléctricos, las mismascocinas operan a 240 V, entonces:

Revisando la Tabla 310.16, en la columna de 60° C, se determina que se requierenconductores para las fases calibre # 6 AWG, porque soporta 55 amperios.En el caso del conductor para el neutro (si se requiere), la Sección 210.19(a)(3)Excepción 2 indica que el valor de este puede ser el 70% del valor de las fases,entonces: El conductor para el neutro es # 8 AWG @ 60° C.

Cálculo de Circuitos RamalesDeterminación de Conductores

4. ¿Cuáles son los conductores para alimentar el circuito ramal que alimenta tresequipos de cocción: 2 hornos eléctricos, uno de 8 kW y el otro de 6 kW y unaplantilla eléctrica de 8 kW?

kW22868 kWkWkW 101222

%50%5*10 kWkWkW 12)8*%508(

AV

kW 5024012

AA 35%70*50

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Cálculo de Circuitos RamalesDeterminación de Conductores

Continuación del ejemplo 4.

Cálculo de Circuitos Ramales5. ¿Si se tiene una lavadora de platos que consume 23 amperios y es de servicio

continuo, cuál es la capacidad del interruptor y cuáles son los conductores deeste circuito ramal?

Solución: El interruptor a colocar es de 30 amperios ylos conductores son # 10 AWG @ 60° C, cobre.

AA 75,28%125*23

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Cálculo de Circuitos Ramales6. ¿Qué capacidad debe tener el circuito ramal que alimenta un tanque de agua

caliente instantáneo que en su placa indica potencia 9 kW?Solución: La Sección 422.13 (NEC 2008/2005/2002) - Calentadores de agua de tipoalmacenamiento. Un circuito ramal que alimenta un calentador de agua de tipoalmacenamiento fijo, que posee una capacidad de 454.2 L (120 galones) o menos,debe tener una capacidad nominal no inferior al 125% de la capacidad nominal dela placa de características del calentador de agua.

El interruptor a colocar es de 50 amperios, losconductores son # 6 AWG @ 60° C, cobre.

AA 88,46%125*5,37 AV

kW 5,372409

Cálculo de Circuitos Ramales7. ¿Cuál es la capacidad (ampacidad) de un conductor # 4 AWG, THHN, cobre, si elmismo está conectado a un breaker con una temperatura de operación de 60° C ?Solución:Conductor # 4 AWG, THHN

AC 7060

El cable por ser THHN tiene unacapacidad de transportar hasta95 amperios @ 90° C, pero estálimitado por la temperatura deoperación del dispositivo quetiene conectado, en este caso60° C, entonces se debeconsiderar la ampacidad delconductor para estatemperatura, así que suampacidad máxima es 70 A.

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Cálculo de Circuitos Ramales8. ¿Cuál es la capacidad de un conductor # 2 AWG, THHN, cobre, si el mismo está

conectado a dispositivos de 60° C, 75° C y 90° C?Solución:Conductor # 2 AWG, THHN

AC 9560

AC 11575

AC 13090

Cálculo de Circuitos Ramales9. ¿Si en una acometida trifásica se decide colocar 2 conductores por fase # 1/0

AWG, THHN, cobre y lo mismo para el neutro, cuál es la corriente permisiblepara esta acometida, teniendo en consideración que la temperatura ambientees de 30°C?

Solución: Al indicar que es una acometida trifásica y al tener dos conductores porfase, se tienen 6 conductores, motivo por el cual no se puede indicar la ampacidaddirectamente de la Tabla 310.16 porque esta es para 3 conductores en el ducto.Dada esta situación, se debe verificar la Tabla 310.15(b)(2)(a), la cual indica elfactor que se les debe aplicar de reducción de la capacidad.

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Cálculo de Circuitos RamalesContinuación del ejemplo 9:Solución:Partiendo que el neutro solamente para transportar corrientes de desbalance,entonces no se consideran conductores portadores de corriente, se tienenúnicamente las tres fases por 2 conductores, en total 6 cables y el factor dereducción para 6 conductores es 80%. Solución:

El conductor # 1/0 AWG, THHN, Cu:@ 90°C tiene una ampacidad de 170 A.

Ahora bien, si la acometida estáconectando dispositivos diferentes a90°C, por ejemplo 75°C entonces se debereplantear los cálculos.

faseporAA 136%80*170

El conductor # 1/0 AWG, THHN, Cu:@ 75°C tiene una ampacidad de

150 A.

faseporAA 120%80*150

Cálculo de Circuitos Ramales10. ¿Si en una acometida trifásica, con conductores de cobre está conformada por

fases: 3 # 1/0 AWG, THHN; neutro: 1 # 1/0 AWG, THHN y la tierra: 1 # 2 AWG,THHN, cuál es la corriente permisible para esta acometida, teniendo enconsideración que la temperatura ambiente es de 42°C?

Solución: En esta acometida trifásica se tienen 5 conductores en total, 3 de fases+ 1 de neutro + 1 de puesta a tierra; partiendo de que solo las fases llevancorriente, entonces la ampacidad se puede determinar con la Tabla 310.16 porqueesta es para tres conductores transportando corriente en el ducto, considerandouna temperatura ambiente de 30°C.El conductor # 1/0 AWG, THHN, Cu @ 90°C tiene una ampacidad de 170 A.

Para una temperatura deoperación de 42°C, losfactores de corrección,están en el intervalo de41° C a 45° C y son:

@ 60° C = 0,71@ 75° C = 0,82@ 90° C = 0,87

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Cálculo de Circuitos RamalesContinuación del ejemplo 10:Solución:El conductor # 1/0 AWG, THHN, Cu @ 90°C tiene una ampacidad de 170 A.Para una temperatura de operación de 42°C, los factores de corrección, están enel intervalo de 41° C a 45° C y para la temperatura de operación de 90° C, el factorde corrección es 0,87: faseporAA 9,14787.0*170 Ahora bien si el conductor se va a utilizar para conectar equipos que operan a otratemperatura de operación, se debe considerar este aspecto; por ejemplo si fuesepara conectar el tablero e interruptor principal, el cual está especificado a 75° C, laampacidad se reduce a 150 amperios y el factor de corrección a utilizar es elcorrespondiente a la temperatura de 75° C, el cual en este caso es 0,82:

faseporAA 12382.0*150

En conclusión, la corriente admisible puede ser afectada por tres razones y enalgunos casos en forma sucesiva:1. Más de 3 conductores de corriente, factores de ajuste Tabla 310.15(b)(2)(a).2. Si la temperatura de operación de los conductores es diferente a 30° C.3. Si son cargas continuas, los conductores deben soportar el 125 % de la carga.

Cálculo de Circuitos RamalesDeterminación de Caída de Tensión

11. ¿Cuál es la caída de tensión para un circuito ramal de iluminación, el cual tieneuna distancia total de 22 metros y una carga de 1200 watts y opera a 120 V.?

AVW 10

1201200

Solución:Para determinar la caída de tensión se debe trabajar bajo el concepto de cargadistribuida; pero dado que es más complejo, normalmente se realizan los cálculosconsiderando que la carga es concentrada. Por otro lado, el conductor que se usapara este tipo de instalaciones es el # 12 AWG, THHN.

LIZe ***2 THHNAWGconductorunparakm

Z ,12#68,5

mkmmA

kme

10001*22*10*68,5*2

Ve 499,2 %083,2%100*120499,2% e

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Cálculo de Circuitos Ramales12. ¿Cuál es la caída de tensión para un circuito ramal de tomacorrientes, el cualtiene una distancia total de 25 metros. La carga son 1500 watts y opera a 120 V.?

AVW 5,12

1201500

Solución:El conductor que se usa para este tipo de instalaciones es el # 12 AWG, THHN.

LIZe ***2 THHNAWGconductorunparakm

Z ,12#68,5

kmAkm

e 025,0*5,12*68,5*2

Ve 55,3 %96,2%100*120

55,3% e

Cálculo de Circuitos Ramales13. ¿Cuál es la caída de tensión para un circuito ramal que alimenta una cocina,240 V., carga 8000 watts y está a una distancia del tablero principal de 15 metros?

AVW 3,33

2408000

Solución:El conductor que se usa para este tipo de instalaciones es el # 8 AWG, THHN.

LIZe **

THHNAWGconductorunparakm

Z ,8#23,2

kmAkm

e 015,0*3,33*23,2

Ve 114,1%93,0%100*

120114,1% e

También se puede manejar con las siguientes ecuaciones:

LIZe ***2

Ve 23,2015,0*3,33*23,2*2 %93,0%100*

24023,2% e

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Cálculo de Circuitos Ramales14. ¿Cuál es la caída de tensión para la acometida monofásica, 240 V. de unavivienda que tiene como carga neta 25.850 watts. La distancia entre el punto deentrega el tablero principal de 40 metros?

AV

W 108240

850.25

Solución:Primero se debe escoger el conductor de la acometida.

Revisando la Tabla 310.16, el conductor a escoger es el calibre # 2 AWG, THHN,cobre, operando a 75° C, porque soporta a esta temperatura 115 amperios.

LIZe ***2

THHNAWGconductorunparakm

Z ,2#554,0

kmAkm

e 04,0*108*554,0*2

Ve 79,4 %0,2%100*240

79,4% e

Cálculo de Circuitos Ramales15. En un sistema trifásico, 4 hilos, 120/208 V., el conductor es cobre trenzado,entre el interruptor principal y el tablero principal tiene una distancia de 60 m y elcalibre es 4 # 4/0 AWG, THHN. La carga máxima del panel es de 170 amperios porfase. Por otro lado, se tiene un circuito ramal, que sale del panel principal, conconductores 3 # 12 AWG, THHN, Cu y alimenta una carga monofásica continúa de11 amperios a 208 V, a una distancia de 20 m. ¿Cuál es la caída de tensión total?

Solución: La impedancias de los conductores, se pueden tomar de las Tablas 8 y9, Capitulo 9 del Código o de un catálogo de un fabricante de conductores.

En la Tabla 9los cables decobre estánpero sinaislamiento.

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Cálculo de Circuitos RamalesDeterminación de Caída de Tensión

Continuacióndel ejemplo 15.Solución:

Cálculo de Circuitos RamalesContinuación del ejemplo 15.

Solución:En el caso del Código, la Tabla 9 indica la Resistencia y reactancia de corrientealterna de cables trifásicos para 600 V a 60 Hz y 75°C (167ºF) — Tres conductoressencillos en un conduit.El valor que se presenta es muy valioso porque es considerando sistemastrifásicos, pero el valor es para cables de cobre sin recubrimiento.En el caso de la Tabla 9, el conductor 4/0 AWG tiene los siguientes datos:

/km = 0,203 y /kpie = 0, 062En el caso de un fabricante como Phelps Dodge, para el 4/0 AWG, THHN, los datosson: /km = 0,174Para efectos del ejercicio se resolverá de ambas formas, primero con los datos delCódigo:

LIZe **3 06,0*170*203,0*3 e Ve 58,3

%72,1% e

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Solución:Utilizando el valor del fabricante como Phelps Dodge, para el 4/0 AWG, THHN, losdatos son: /km = 0,174

06,0*170*174,0*3 e Ve 07,3

%48,1% e

La caída de tensión del circuito ramal, conductor cobre # 12 AWG, es:Revisando la tabla de conductores con aislamiento THHN, de Phelps Dodge el valorde la resistencia es: /km = 5,68En el caso del Código se debe buscar el dato en la Tabla 8, Capítulo 9, Propiedadesde los conductores y el valor de resistencia es de corriente directa @ 75°C y estevalor de corriente directa se debe convertir a corriente alterna y a 30°C

1212 1 TTRR

LIZe **3


Solución:La caída de tensión del circuito ramal, conductor cobre # 12 AWG, es:En el caso del Código se debe buscar el dato en la Tabla 8, Capítulo 9, Propiedadesde los conductores y el valor de resistencia es de corriente directa @ 75°C

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El valor de resistencia de corriente directa a 75°C para el conductor # 12 AWG es/km = 6,73 y este valor se debe trasladar a 30°C y a corriente alterna, donde esigual a 0,00323 (ver Nota 2 al pie de página de la Tabla 8)

1212 1 TTRR

753000323,0173,62 R kmR /75,52

El valor encontrado a 30° C es en corriente directa y para trasladar el resultado acorriente alterna se busca la relación ac/dc (Tabla que se encuentra en lapresentación Conductores – Tensiones de operación, diapositiva 24) y el valor es1,01; por lo tanto la resistencia de corriente alterna para el conductor # 12 AWGes:

kmRca /81,501,1*75,5


Utilizando los datos del fabricante Phelps Dodge la caída de tensión es:

%2,1% e

LIZe ***2 VkmAkm

e 49,2020,0*11*68,5*2

Utilizando los datos del Código es:

LIZe ***2 VkmAkm

e 56,2020,0*11*81,5*2

%23,1% e

CAIDA TOTAL

Datos del Código:

Datos de Phelps Dodge:

%95,2%23,1%72,1% e

%68,2%2,1%48,1% e

EN AMBOS CASOS LA

CAIDA TOTAL ES ACEPTABLE

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Cálculo de Circuitos Ramales16. En el ejemplo anterior se adiciona una carga trifásica 208 V., de 55 amperios, auna distancia de 50 metros del tablero principal. Verificar si los conductores deacometida son correctos o se deben modificar y determinar el conductor de estanueva carga trifásicaSolución:• El calibre de la acometida es 4 # 4/0 AWG, THHN.• La carga máxima del panel es de 170 amperios por fase.• Se va a resolver con los valores del fabricante, Phelps Dodge.

Nueva carga trifásica: 170 + 55 = 225 amperios por faseResistencia del conductor 4/0 AWG, THHN: /km = 0,174La ampacidad del 4/0 AWG es: 195A @ 60°C; 230A @ 75°C; 260A @ 90°C

Desde el punto de vista de caída de tensión NO hay inconveniente, pero en ampacidad se debe verificar la temperatura de operación, si es 75°C está justo.

06,0*225*174,0*3 eVe 06,4

%96,1% eLIZe **3


Solución:• La carga nueva trifásica es de 55 amperios por fase.• Tensión de operación: 208 V• Distancia = 50 metros.

La ampacidad del conductor # 6 AWG, THHN es:55 A @ 60° C; 65 A @ 75° C; 75 A @ 90° CResistencia del conductor # 6 AWG, THHN: /km = 1,40

Desde el punto de vista de caída de tensión hay problemas porque se pasa del 3% permitido para un circuito ramal. Además, en ampacidad a 60° C está en el límite

de lo permitido para el conductor, con lo cual no es conveniente.

Se sugiere mejor usar un calibre mayor, en este caso # 4 AWG, THHN, pero se debe recalcular para ver si es correcta la escogencia.

05,0*55*4,1*3 eVe 67,6

%21,3% eLIZe **3

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Solución: Con el nuevo conductor # 4 AWG, THHN• La carga nueva trifásica es de 55 amperios por fase.• Tensión de operación: 208 V• Distancia = 50 metros.

La ampacidad del conductor # 4 AWG, THHN es:70 A @ 60° C; 85 A @ 75° C; 95 A @ 90° CResistencia del conductor # 6 AWG, THHN: /km = 0,881

Con este conductor NO hay problema con la caída de tensión, ni tampoco con la ampacidad porque a 60° C soporta 70 A y la carga es de 55 A.

05,0*55*881,0*3 eVe 2,4

%02,2% eLIZe **3

Cálculo de Circuitos Ramales17. Un circuito alimentador maneja una carga continua de 34 amperios. El sistemaes trifásico a 240 V., formado por tres conductores de cobre THHN, calibre # 2AWG, en un tubo conduit de PVC. La longitud del circuito es de 200 m y el factor depotencia es del 85%. Determinar el Porcentaje de Caída de Tensión aproximadapara este circuito.Solución:• El calibre de la acometida es 3 # 2 AWG, THHN.• La carga máxima del circuito es de 34 amperios continuos por fase.• Se va a resolver con los valores del fabricante, CENTELSA (hoja siguiente).

Resistencia del conductor 2 AWG, THHN: R: /km = 0,623Reactancia del conductor 2 AWG, THHN: XL : /km = 0,148Factor de potencia = 0,85 cos = 0,85 entonces = 31,79

2,0*34*608,0*3 e Ve 16,7 %98,2% e

LIZe **3 senXRZ cos

79,31148,079,31cos623,0 senZ kmZ /608,0

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Cálculo de Circuitos Ramales

Datos de

CENTELSA

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