Cálculo de una instalación eléctrica residencial monofásica de dos hilos

En entradas anteriores hemos presentado artículos de la NOM-001-SEDE vigente para el cálculo de los circuitos de una instalación eléctrica; esta ocasión nos dedicaremos a aplicar esos artículos, dando por hecho que tenemos conocimientos previos.

Esta vez realizaremos el cálculo de los conductores y diámetro de tubería de una instalación eléctrica residencial monofásica a partir de una carga previamente calculada.

Procedimiento:

Se tiene un proyecto de instalación eléctrica cuya carga total suma 4.5 kW.

Dado que la potencia demandada es menor a 5 kW, sabemos que es una instalación monofásica. Adicionalmente, consideraremos un factor de potencia (f.p.) de 0.9, un factor de demanda de 0.7 que se ubica en un lugar en el que la temperatura es aproximadamente de 33º.

Procedemos ahora a determinar la corriente:

P=4,900 W. (que es equivalente a 4.9 kW)

De la ley de Watt

despejamos la corriente:

Con los datos tenemos que:

Aplicando el factor de demanda, la corriente (I₂) es:

Con lo datos obtenemos que:

De la tabla 310-16 de la NOM-001-SEDE vigente, buscamos un conductor tipo THW y lo encontramos en la columna de 75º. El conductor es de calibre 10 con 35 A de conducción y esto nos permite tener un buen margen de seguridad.

Sin embargo, la tabla indica que estos valores son para temperatura ambiente de 30º, por lo 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 adecuado a la temperatura ambiente que tenemos.

Esta tabla nos indica que para una temperatura ambiente distinta a 30 ºC, debemos aplicar el factor de corrección a la capacidad de conducción de 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).

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

Entonces si comparamos la I_RC y la I₂, notaremos que la conducción del conductor calibre 10 aún está por arriba de la corriente I₂, y daremos por entendido que es el correcto para el alimentador principal.

La siguiente parte consiste en considerar todavía el factor de corrección por agrupamiento, el cual depende directamente del número de conductores alojados en la tubería, ya que al estar juntos generan calor y éste influye también sobre la capacidad de conducción del conductor eléctrico.

Ver también: 7 pasos para el cálculo de circuitos derivados en un proyecto eléctrico

Supongamos que por necesidad están alojados los 2 conductores alimentadores principales de calibre 10 en cualquier tramo de la tubería, pero además están alojados otros 6 conductores, de los cuales 4 son calibre 12 y los otros 2 de calibre 14. En total son 8 conductores. Utilizaremos la tabla 310-15(g).

Como notamos, se presenta una disminución en la capacidad efectiva de conducción a un 70% para conductores en estas condiciones de agrupamiento, entonces, la capacidad del conductor seleccionado, que ya se había reducido a 32.9 por el factor de corrección por temperatura, se reduce a:

Este resultado nos indica que el calibre seleccionado bajo estas condiciones no resulta correcto por lo que tendremos que seleccionar un nuevo calibre de la tabla 310-16, éste puede ser el No. 8, porque está diseñado para conducir hasta 50 A a 75 ºC como temperatura máxima de operación.

De esta manera hacemos los cálculos correspondientes para comprobar que es el calibre correcto. Primero aplicamos el factor de corrección por temperatura:

Ahora aplicamos el factor de agrupamiento:

El resultado es 32.9 A, que cubre en buena manera la corriente I2 que fue de 31.76 A.

En conclusión, para este caso utilizamos 2 conductores (cable de fase y cable neutro) calibre 8 a 75 ºC como temperatura máxima de operación. Si queremos colocar un conductor adicional para la conexión a tierra en 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, según tabla 250-95 de la norma.

La siguiente parte consistirá en calcular el diámetro de la tubería, con la consideración anterior de los 8 conductores comunes más el conductor de tierra. Tenemos en total 9 conductores de los siguientes calibres: calibre 8 (dos); calibre 10 (uno), calibre 12 (cuatro) y calibre 14 (dos).

Iniciamos sumando las áreas de los conductores:

Ahora usando la tabla 10-1 para diámetros de tubería:

El área de ocupación es del 40% para más de dos conductores. Usando la tabla 10-4 correspondiente a las dimensiones de tubo conduit, observamos que la designación 21, es decir, tubería de 3/4 puede alojar hasta 137 mm² de lo que concluimos que éste es el diámetro adecuado, no sin antes mencionar que es posible usar una tubería de mayor diámetro, por ejemplo, designación 27 correspondiente a 1 pulgada.

Espero que esta explicación sea de utilidad en el desarrollo de tu trabajo. Continuaremos abordando la NOM-001-SEDE vigente en el próximo entradas de este blog.