1

PROPUESTA DE UN PROGRAMA DE CALCULOS MECANICOS PARA AGILIZAR EL DESARROLLO DE

PROYECTOS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA PRESENTADAS POR KDG ELECTROCOMUNICACIONES

MIGUEL SIMON ZULETA ECHAVARRÍA

2009119066

TUTUOR DE PRÁCTICAS

ING. RONALD MARTINEZ ABUABARA

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SNATAMARTA D.T.C.H

2014

2

Contenido 1. Introducción ........................................................................................................................... 3

2. Objetivos ................................................................................................................................ 4

a. Objetivo General ....................................................................................................... 4

b. Objetivos Específicos ................................................................................................. 4

3. Justificación ........................................................................................................................... 5

4. Generalidades de KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA .................................................. 6

5. Descripción detallada del proceso y los subprocesos seleccionados para aplicar en el

trabajo .................................................................................................................................... 7

6. Diagnostico ............................................................................................................................ 8

7. Propuesta ............................................................................................................................... 9

8. Desarrollo de la propuesta .................................................................................................. 11

9. Bibliografía ........................................................................................................................... 16

3

INTRODUCCIÓN

Los tendidos eléctricos aéreos, son los encargados de trasportar el fluido eléctrico a grandes

distancias desde centrales generadoras de energía. El trasporte de la energía se hace;

convencionalmente, con cables metálicos que reposan en postes hincados sobre el terreno.

Para la construcción de tendidos aéreos se requiere el desarrollo de una propuesta ingenieril que

valide la ejecución de la obra. Dentro de la propuesta ingenieril para un tendido aéreo, se

encuentran todas las especificaciones y cálculos eléctricos, de regulación y mecánicos que aseguran

la integridad del mismo.

KDG ELECTROCOMUNCIACIONES LTDA, es una empresa con alta experiencia en el desarrollo de

propuestas y ejecución de obras de construcción de tendidos aéreos a nivel Región Caribe, pero en

su beneficio se plantea el desarrollo de una solución informática que agilice el cálculo numérico de

esfuerzos mecánicos en redes aéreas puesto que estos demandan bastante tiempo para realizarse

a mano por una persona.

4

OBJETIVOS

Objetivo general

Proponer el desarrollo de un software capaz de realizar el cálculo mecánico de un tendido eléctrico

aéreo de media o baja tensión

Objetivos específicos

- Identificar las ecuaciones y funciones matemáticas que describen cada uno de los esfuerzos

presentes en postes y cables de un tendido eléctrico aéreo

- seleccionar las características más relevantes que debería incluir un programa informático

dedicado al cálculo de los esfuerzos mecánicos en líneas aéreas.

- Diseñar un diagrama, de lo que será un programa especializado en cálculos mecánicos en

líneas aéreas

- Entregar un esquema general, sobre lo que debería contener un programa de cálculos

funcional, que cumpla con las normas vigentes para cálculos mecánicos para líneas aéreas

5

JUSTIFICACIÓN

A nivel empresa la gestión del tiempo es indispensable; lo es tanto que de descuidarse, se frenar el

crecimiento empresarial. KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA es una empresa cuyo rápido y

constante crecimiento permite dilucidar ciertos aspectos susceptibles de mejorarse y es

precisamente la gestión de los tiempos al momento de generar propuestas de distribución de

energía eléctrica.

Una propuesta de distribución de energía eléctrica necesita de numerosos cálculos para validar su

ejecución, naturalmente es un proceso que realizado por una persona tarda en concluirse. Por eso,

sabiendo que una propuesta de este tipo tarda en realizarse y considerando que gran parte de ella

son cálculos numéricos, se podría asumir que la opción adecuada para potenciar y mejorar los

tiempos de respuestas de KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA es la desarrollar algún Software de

cálculos que apoye la labor entregando resultados inmediatos a operaciones numéricas extensas

presentes en los proyectos de distribución de energía eléctrica. Así no solo se mejoría los tiempos

de respuesta de la empresa en cuestión, si no que se abre la posibilidad a la venta de nuevos

servicios como los de distribución de software a otras empresas interesadas en el tema.

6

GENERALIDADES DE KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA

KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA es una empresa ubicada en Santa Marta, Magdalena, que

con integridad se dedica a las actividades de ingeniería eléctrica, mecánica, solución en cableado

estructurado y construcción de obras civiles con profesionalismo para satisfacer oportunamente las

necesidades de los clientes cumpliendo con calidad de servicio.

Misión: KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA es una empresa que se dedica a las actividades de

ingeniería eléctrica, mecánica, electromecánica y comunicaciones con profesionalismo para

satisfacer oportunamente las necesidades de los clientes cumpliendo con calidad y servicio, de esta

manera contribuir al desarrollo de la región y consecuentemente del país

Visión: ser una empresa sólida y líder, con un equipo muy profesional con valores de honestidad y

responsabilidad, que permitan llegar a más clientes y se pueda extender por la región

Servicios que ofrece:

Estudios de planeación, prefactibilidad y evaluación de proyectos de sistemas de

distribución de energía eléctrica.

Asesoría, diseño, construcción y montaje de sistemas de distribución de energía eléctrica.

Diseño, interventoría, montaje y mantenimiento de instalaciones eléctricas interiores y

exteriores de tupo residencial e industrial.

Diseño, interventoría, y montaje y mantenimiento de subestaciones y plantas eléctricas.

Diseño, interventoría, y montaje y mantenimiento de banco de condensadores.

Diseño, interventoría, y montaje y mantenimiento de sistemas electromecánicos.

Planeación, prefactibilidad y evaluación de proyectos de sistema de alumbrado público.

Diseño, interventoría, y montaje y mantenimiento de sistemas de alumbrado público.

Diseño, montaje y asesoría de sistemas de procesamiento y transmisión de datos.

Suministro de postes, conductores y cables, herrajes, crucetas de madera, aisladores,

transformadores y protecciones.

Construcción de edificaciones y obras de urbanismo.

Construcción de obras para minería e hidrocarburos.

Montaje de sistemas de seguridad, instrumentación y control, sistemas contra incendio.

7

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROCESO Y LOS SUBPROCESOS SELECCIONADO PARA APLICAR EL TRABAJO

Los principales procesos de la empresa se pueden clasificar en 4 grandes grupos.

1. Recibido de peticiones del cliente y/o compra de servicios.

2. Revisión general de los pedidos

3. Desarrollo de propuesta ingenieril

4. Presentación de propuestas y/o Ejecución de obras

Unos de los servicios solicitados a KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA que más demoran en la

mesa de diseño son los de construcción de redes aéreas, reubicación de las mismas y validación de

redes existentes. Cuando este tipo de obras son solicitadas, la empresa se rige bajo características

técnicas específicas para su construcción dictadas por la unión Fenosa, de esta forma en la

dependencia de ingeniería de proyectos, cuando se quiere realizar una propuesta ingenieril los sub

procesos son claros:

3.1. Calculo eléctrico.

3.2. Calculo del sistema de puesta a tierra.

3.3. Calculo mecánico de conductores.

3.4. Calculo mecánico de Postes.

3.5. Calculo mecánico de retenidas.

3.6. Calculo de cimentaciones.

8

DIAGNOSTICO

Observando el flujo de trabajo interno de la empresa, se puede obtener algunas tendencias que

dejan ver una problemática de fondo: KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA al ser una pequeña

empresa, los aumentos de carga laboral aumentan el tiempo de respuesta del departamento de

ingeniería de proyectos. Se detecta que Los tiempos desde que se recibe la petición, hasta que se

desarrolla una propuesta de construcción de redes de distribución de energía, oscilan en unos 3 a 5

días hábiles. En promedio, se reciben de 1 a 2 peticiones por mes de este tipo, lo que se traduce en

6 a 10 días hábiles de trabajo y en un atraso generalizado para las otras labores del departamento.

En base a lo anterior se puede diagnosticar que: a futuro, KDG ELECTROCOMUNICACIONES LTDA se

vería en la obligación de rechazar una demanda creciente de proyectos de construcción de líneas

aéreas, debido a que los tiempos necesarios para presentarse una propuesta son

considerablemente altos.

9

PROPUESTA

Partiendo del diagnóstico y de las problemáticas encontradas en KDG ELECTROCOMUNICACIONES

LTDA, se propone una solución que haga uso de la informática, para agilizar el diseño y presentación

de proyectos. Se piensa en el desarrollo de un software especializado en resolver de forma

automática los cálculos Mecánicos y de cimentación, que son requisito para la construcción de líneas

aéreas de Media y baja tensión.

El software propuesto deberá contener una interfaz de entrada y salida de datos, siendo capaz de

resolver con precisión aquellos cálculos que más tiempo demandan completarse, dichos cálculos

son desglosados en el documento memoria de características técnicas para la construcción de redes

aéreas de MT y BT en el sistema eléctrico operado por ELECTRICARIBE S.A E.S.P en Colombia.

La Revisión a las normas técnicas ha decantado en la selección de los elementos claves que debería

calcular el software, los cuales son:

Calculo mecánico de conductores: cuyo objeto es controlar la tensión mecánica de los

conductores para los distintos regímenes de carga / condiciones climáticas para: evitar fatigas y

daños que pongan en riesgo la seguridad / continuidad del servicio, evitar la aparición de fenómenos

vibratorios y aprovechar la capacidad mecánica de los mismos, logrando un balance adecuado entre

longitud de vanos y dimensionamiento de postes [1].

De estos cálculos se debería tener en cuenta para el desarrollo del software:

1. Las características de cada uno de los cables que podrían ser usados.

2. Los límites de tensión mecánica soportada por cables

3. El peso aparente y el peso real de la catenaria formada por el cable

4. Fuerza unitaria de viento por conductor

5. Vanos ideales de regulación

6. Tablas de cálculo mecánico y tablas de tendido

7. Tablas de regulación

Calculo mecánico de Postes: cuyo objeto es controlar la tensión mecánica de los poses para

los distintos régimen de carga / condiciones climáticas: para evitar fatigas y daños que pongan en

riesgo la seguridad / continuidad del servicio, logrando que se cumplan con unos coeficientes de

seguridad ideales para un adecuado balance entre la escogencia de uno u otro poste

De estos cálculos se debería tener en cuenta para el desarrollo del software:

1. Las características de cada uno de los postes.

2. Hipótesis normales

a. Esfuerzos verticales

b. Esfuerzos horizontales

c. Esfuerzos longitudinales

3. Hipótesis anormales

a. Esfuerzos horizontales longitudinales

4. Calculo de esfuerzos resultantes y validaciones de postes autosoportados

10

Calculo mecánico de retenidas: cuyo objeto es el de controlar los esfuerzos horizontales

que no puede soportar el poste por sí mismo

Calculo de cimentaciones: cuyo objeto es el de anclar el poste al terreno.

De estos cálculos se debería tener en cuenta para el desarrollo del software:

1. Caracterización de los tipos de terreno.

2. Tipo de cimentación.

3. Calculo de momento estabilizado.

4. Calculo de momento de vuelco.

11

DESARROLLO DE LA PROPUESTA

Para diseñar el software de cálculos se plantea lo siguiente:

hacer uso de la programación orientada a objetos como la base de partida que permitirá

trabajar los cálculos como si se tratase con postes reales, cada uno de los cuales tendrá

características propias dentro del tendido.

hacer uso de una base de datos robusta, que le permita hacer consultas al software acerca

de las características de los cables, postes, zonas de vientos, terreno, armados (estructuras

montadas en el poste, las cuales soportan los cables)

hacer uso de un lenguaje de programación que facilite le creación de funciones

independientes y la articulación efectivas de las mismas.

Para el desarrollo del software se plantean 3 etapas:

funcionalidad

usuario

optimización

Dentro de cada etapa de desarrollo se deben cumplir con los siguientes sub procesos:

Etapa de Funcionalidad: la etapa de funcionalidad es la etapa base del desarrollo, en esta se debe

concretar la extracción de características físicas de los elementos con los que se trabajará (postes,

cables, armados, retenidas y cimentaciones) tales como pesos, resistencias mecánicas y

dimensiones. Consecuentemente dichas características serán utilizadas para el desarrollo

matemático de los cálculos Mecánicos de Líneas aéreas desnudas.

En la etapa de funcionalidad se articulan diversas funciones las que serían capaces de ofrecer

resultados congruentes con los esfuerzos requeridos. Específicamente, esta etapa de desarrollo se

configuraría de la siguiente forma:

12

El objeto de trabajar con la programación orientada a objetos es que se pueda representar

informáticamente a los postes como objetos para configurar las características propias de cada

poste.

Virtualmente un poste dentro del software deberá contener:

Sus características de altura, material de construcción y carga de rotura

El tipo de Armado que lleva montado

Que configuración tiene el poste

Y las longitudes de los cables que carga

De la misma forma, para los postes deberá ser posibles modificar cada uno de estas características

Debido a que para la solución de cálculos se necesita información técnica, se debe crear una base

de datos, la cual a manera de enciclopedia, le permitirá al aplicativo consultar toda la información

que necesite sobre postes, cables, terreno tracciones y tensiones máximas.

Usuario: en esta etapa debería darse la creación de la creación de una interfaz de usuario encargada

de interactuar con el operador del software, ofreciendo campos de ingreso de datos y características

13

propias del tendido a diseñar. La interfaz de usuario comunicará todas aquellas ecuaciones y

funciones de programación que han de ser realizadas en la etapa de funcionalidad, con los datos

que ingrese el usuario. Como es de esperarse la misma interfaz deberá servir para visualizar los

resultados de cálculos hechos por el software.

Para empezar el desarrollo de la etapa de usuario, es necesario que la funcionalidad del programa

se dé, es decir que la etapa de funcionalidad esté terminada y el software sea capaz de resolver

todos los cálculos mecánicos.

La interfaz de usuario deberá permitir que un operario, configure los siguientes parámetros:

1. La zona de viento en la que se desarrollará el proyecto (A, B, C).

2. En qué tipo de emplazamiento e desarrollará el proyecto (R, U).

3. Sobre qué tipo de terreno se hincarán los postes (flojo, normal, duro, muy duro).

4. Con que tipo de cable se trabajará el tendido (Cable para Media o baja tensión y que cable

en particular).

5. Nivel de tensión con el que se trabajará (34,5Kva o 13,2 Kva).

6. Cuantas Fases tendrá el tendido (2 o 3 fases).

7. Qué tipo de diseño se llevará a cabo (MT, BT o combinado)

8. Cuantos postes tendrá el tendido

9. De los postes:

a. Uno a uno, que poste se usará.

b. Uno a uno, que configuración tendrá.

c. Uno a uno, que función tendrá.

d. Nivel de terreno donde se hinca.

e. Altura de referencia donde aplica la línea.

10. Del cable:

a. Poste a poste, la longitud de los vanos anterior y posterior.

b. Postes a poste, que ángulo de deflexión tiene con respecto al poste anterior.

14

Optimización: la etapa de optimización será la que concluya el desarrollo del software, al ser la etapa

en la que se revisará y probará los resultados obtenidos para mejorar las características de

comunicación entre usuario y programa.

La optimización se deberá hacer de la mano con KDG ELECTROCOMUNCIACIONES LTDA para ajustar

el software a sus exigencias.

Al culminarse las etapas el software debería tener una arquitectura como la siguiente:

Generadoras

Receptoras

Calculadoras

15

Donde el bloque Ejecutor que contiene la programación de la interfaz de usuario, se encarga de

traducir datos de entrada a la información requerida por las funciones hijas: receptoras,

generadoras, consultoras y calculadoras.

16

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Norma técnica: Proyecto tipo leneas eléctricas aéreas MT sin neutro, versión 3