Guia SOS para el ingeniero pichon: Los alimentadores

 

El día de ayer me di cuenta que este diciembre cumplo 7 años de graduado… increíble como pasa el tiempo, entre tanto pensamiento retro-emo recordé también mi primer trabajo y lo feliz que estaba de poder ejercer la carrera que con tanto amor (si para ser ser ingeniero electricista en LUZ hay que estar enamorado de la carrera) aprendí, también vino a mi mente el no tan grato recuerdo de la falta de experiencia y el fuerte choque que representa salir de la universidad, donde eres un equivalente espartano a Leónidas (se supone que a ese nivel ya pásate por profesores locos, bombas lacrimógenas, la comida del cafetín y el UNI 6) a ser un ingeniero P1 (Profesional nivel 1) ósea… el Harry Potter 1 pues.

Salimos de la Universidad, y allí si que voy a hablar por todos… con mucho conocimiento, pero académico… solo  el tiempo y el trabajo posterior te da la sabiduría para llegar a ser un buen profesional. Pero el camino no necesariamente el fácil, por ejemplo: unos de mis primeros trabajos consistía en calcular un alimentador en baja tensión, debo confesar que no tenia ni %&$ idea de como se hacia eso, recuerdo que el la universidad vimos una materia (canalizaciones) pero una sola materia de unos meses de duración no te puede dar todo, además, era prácticamente para sistemas residenciales y mi alimentador era para la industria, total… no tenia mucho de donde partir.

Pero aunque no me dio todo el conocimiento, la universidad si que me preparo para estas situaciones, “aprende rápido o muere Leónidas”… que digo, Fidel… así que lo primero que a uno se le ocurre es usar la técnica “Kakashi”… ver a otro haciéndolo y después lo replicas. Si sirve hasta cierto punto pero debes tener cuidado pues a lo mejor si no tienes aun el suficiente criterio puedes terminar duplicando algo que esta malo o que no necesariamente aplica para lo que estas haciendo, como dije antes solo la experiencia y el estudio (si, hay que seguir estudiando muchachos…) te permitirá llegar al estado Avatar del ingeniero.

Así pues, pude terminar mi calculo del alimentador viendo un documento previo y fijándome en los cálculos (que no eran nada comparado con las integrales con vectores…¡Gracias teoría electromagneticaaaaa!… en fin…) veremos ahora que contiene un cálculos de alimentadores.

El Alimentador (feeder)

No es mas que un cable o alambre (cable si esta conformado por varios hilos y alambre si es solido) que va a suplir la electricidad que necesita nuestra carga, bien sea un motor, un tablero, etc. Voy a tratar de ser amplio y abarcar un concepto de lo que debe tener el calculo mas no necesariamente el calculo pues cada país o incluso cada cliente o empresa puede tener métodos de selección diferente pero si que debe cumplir o contener con los siguiente:

Capacidad de corriente (Ampacity)

La capacidad de corriente o ampacidad (no me gusta llamarlo así pero bueno…)  es el primer calculo que se debe realizar, el sentido común nos dice que el cable por lo menos debe soportar de manera permanente, un flujo de corriente equivalente a la carga, así que en ese caso debemos conocer o por lo menos tener una idea de cuanta corriente va a necesitar nuestra carga, hay que considerar también si la carga va a cambiar en el tiempo (a futuro puede aumentar la demanda), por ello también debemos proyectar y prever ese requerimiento.

La corriente que puede soportar un cable esta ligada directamente a la temperatura, primero, la que el aislante puede soportar y luego, la del propio cable, pues los esfuerzos físicos y térmicos pueden hasta fundir un cable y ni hablar de las consecuencias que eso puede acarrear.

Así pues, para calcular la capacidad básicamente usamos tablas… puede ser la del CEN (NEC de EEUU)  estas nos sirven hasta los 35 kV, hay que tener cuidado pues en el caso del CEN, las tablas hacen referencias a configuraciones y situaciones particulares con el cable (que si 3 conductores en un ducto, que si un cable tripolar, directamente enterrado etc.), otros factores que también influyen son: la temperatura ambiente, el tipo de canalización (bancada, enterrado directamente, en bandeja, en conduit etc), el material (cobre o aluminio) la cantidad de conductores por fase (entra mas conductores mas se calientan y se disminuye por norma la cantidad de corriente nominal del cable) e incluso los armónicos (derrateo por armonicos). En general, solo con saber la corriente que necesita la carga es suficiente.

Cuando son líneas aéreas, que usualmente son en media o alta tensión, se debe considerar también, el viento (se hace un balance de energía y el viento disipa el calor), nivel de radiación solar, época del año y hora de máxima temperatura.

Por seguridad, hay que dejar un margen por encima que sirva de holgura, lo mas común es un 25% mas de corriente que la carga aunque puede variar según la norma.

Caída de tensión (Voltage Drop)

Luego de saber el calibre mínimo de nuestro cable calculamos ahora la caída de tensión, esta va a depender del nivel de tensión del sistema (a menor tensión mas susceptible es, ya que las perdidas siguen la formula de I^2R ) y de la distancia (a mayor distancia mayor resistencia).

El CEN o la norma que este usando te va a indicar cual es la caída (en porcentaje) máxima que se admite, usualmente es 5%, la cual por lo general esta repartida en 3% desde la fuente al tablero y el 2% restante desde el tablero a la carga.

¿Que pasa si el cable no cumple?, bueno… hay dos alternativas, puedes irte a un calibre superior o puedes colocar otro conductor por fase, en realidad hay tres alternativas, pues también podrías ver si cambias el TAP del transformador aunque no siempre es una opción ya que no se puede ajustar mas de 5%.

En media y alta tensión este calculo muchas veces ni siquiera se hace, pues las perdidas son tan pequeñas que son despreciables, aunque yo siempre hecho numeritos por si las moscas.

Cortocircuito (Shortcircuit)

En un mundo perfecto nuestros sistemas nunca fallarían pero lamentablemente lo hacen y una de las fallas mas importantes es el cortocircuito, voy a hacer una serie de post sobre este tema pero por lo pronto les comento que básicamente el calculo consiste en saber si el cable que ya ha pasado por el proceso de calculo de capacidad de corriente y caída de tensión, va a servirnos ahora ante un cortocircuito.

Si vamos a necesitar saber previamente cuanto es el nivel y duración del corto, ya que ningún cable va a soportar infinitamente corrientes tan altas, podemos guiarnos con esta tabla.

Al contrario que con la caída de tensión, la selección de cable por cortocircuito se hace principalmente para media y alta tensión, no tanto para baja tensión a pesar de que las corrientes suelen ser muchísimo mayores.

Otras consideraciones

Algunas consideraciones mas, que también son importantes a la hora del calculo:

Radio de curvatura

Los alimentadores no van todo el tiempo derechitos, en algún punto hay que doblarlos, los catálogos de fabricante nos van a indicar cual es el radio mínimo.

Tensionado de cables

Este calculo se hace en líneas aéreas, y se mide los esfuerzos mecánicos a los que se somete el cable, para ser honesto aun no hago un calculo de este tipo pero si que he visto un monto de cosenos hiperbólicos en las formulas .

Tensión de aislamiento

Ya hable un poco de esto en este post, pero básicamente se desprende de la duración de una falla monofásica.

Espero que les sirva de guía, espero mas adelante colocarles algún ejemplo practico.

Saludos y será hasta la próxima.