Cálculo de una instalación eléctrica residencial monofásica de tres hilos

En una entrada anterior abordamos el tema del cálculo de una instalación monofásica de dos hilos (1 fase, 2 hilos, 120V~), en esta ocasión veremos cómo determinar el uso de una instalación monofásica de 3 hilos (1 fase, 3 hilos, 240V~) atendiendo los requerimientos de la NOM-001-SEDE vigente y las especificaciones de la CFE.

Tomaremos el ejemplo de un proyecto residencial en el que se desea dimensionar la instalación eléctrica con una carga total calculada de 9 kW.

Con base en la información de CFE, la especificación para el servicio monofásico de 2 hilos (120V~) es de una sola acometida para el suministro de energía de consumos no mayores de 5 kW. Cuando los requisitos de carga de una instalación sean superiores, se debe realiza ante CFE la contratación de un servicio llamado "aumento de carga". La instalación para recibir este servicio deberá cumplir con las especificaciones indicadas por la propia CFE, las cuales se abordarán en otra ocasión.

Volviendo al ejemplo del proyecto, si tenemos una carga calculada de 9 kW, consideramos un f.p.=0.9 y un f.d. =0.7 a una temperatura ambiente de 330.

Comencemos a hacer los cálculos.

De la ley de Watt, P= E x I x f.p., despejamos la corriente I= P/(E x f.p)

Sustituyendo con los datos del ejemplo: I = 9 kW / (120 V x 0.9) = 83.33 A

Ésta es la corriente total, pero como se está proyectando una instalación monofásica de 3 hilos (240V~), el valor de la corriente total se divide entre 2.

I = 83.33 A / 2 = 41.66 A

Aplicando el factor de demanda para esta corriente: I = I x f.d.

Sustituyendo: I = 41.66 A x 0.7 = 29.16 A

Usando nuevamente la tabla 310-16 de la NOM-001-SEDE vigente, buscamos el conductor tipo THW que se encuentra en la columna de 75º.

El conductor es calibre 10 con 35 A de conducción, y con un buen margen de seguridad, sin embargo, la tabla indica que estos valores son para temperatura ambiente de 30º, de modo que debemos aplicar el factor de corrección que se muestra en la segunda sección de la tabla 310-16. De aquí seleccionamos el factor de corrección correspondiente, dependiendo de la temperatura ambiente que tenemos.

Esta tabla nos indica que para temperatura ambiente distinta a 30 ºC, se debe aplicar el factor de corrección a la capacidad de conducción de la corriente seleccionada anteriormente. Entonces, si la capacidad de conducción del conductor THW calibre 10 a 75 ºC fue de 35 A, al aplicar el factor de corrección obtenemos una capacidad de conducción real (I_RC).

I_RC = 35 A x 0.94 = 32.9 A.

Resulta evidente que existe una disminución real de la conducción de corriente para cualquier conductor a temperatura ambiente distinta a 30 ºC.

Comparando la I_RC y la I, verificamos que la conducción del conductor calibre 10 cubre la corriente I, así que es correcto para el alimentador principal.

Como sabemos, es importante considerar el factor de agrupamiento porque al alojarse los conductores juntos en la tubería se genera calor, y entre mayor corriente circule mayor será el calentamiento (efecto Joule).

Ver también: El efecto de James Prescott Joule

Supongamos que por cualquier tramo de la tubería están alojados los 2 conductores que son los alimentadores principales correspondientes a las fases calibre 10 y el neutro en calibre 8, pero además están alojados otros 6 conductores en calibre 12. Como el total del número de conductores es 9, tenemos que consultar la tabla 310-15(g).

Por lo cual se utilizan dos conductores de fase, un conductor calibre 6 para el neutro a 75 ºC como temperatura máxima de operación. Si queremos colocar un conductor adicional para la conexión a tierra a todos los contactos y aparatos que lo requieran, tenemos que llevar un conductor calibre 10 en color verde desde el interruptor principal, considerando una protección con interruptores termomagnéticos de 30 A por fase, según tabla 250-95 de la Norma.

Por lo cual se utilizan dos conductores de fase, un conductor calibre 6 para el neutro a 75 ºC como temperatura máxima de operación. Si queremos colocar un conductor adicional para la conexión a tierra a todos los contactos y aparatos que lo requieran, tenemos que llevar un conductor calibre 10 en color verde desde el interruptor principal, considerando una protección con interruptores termomagnéticos de 30 A por fase, según tabla 250-95 de la Norma.

Ahora calculemos el diámetro de la tubería tal como se hizo en el artículo anterior, es decir, considerando los 9 conductores más el conductor de tierra, serán 10 conductores: dos conductores de fase calibre 8, un conductor para el neutro calibre 6, un conductor de tierra calibre 10 y seis conductores calibre 12.

Sumando las áreas de los conductores:

Usamos la tabla 10-1 a para diámetros de tubería:

Para más de dos conductores, el área de ocupación es del 40%, así que consultamos la tabla 10-4 correspondiente a las dimensiones de tubo conduit.

A diferencia del artículo anterior, ahora observamos que la designación 21, es decir, tubería de 3/4" que puede alojar sólo 137 mm², no cubre nuestra área calculada y que la designación 27 correspondiente a la tubería de 1" es la adecuada porque puede alojar 222 mm2. Después de esto podemos distribuir los circuitos repartiendo la carga de manera uniforme para asegurar un buen balance de las cargas.