Diseño de una aplicación computacional enfocada

en la construcción de cuadros de carga según

normatividad colombiana.

Cristian Camilo Aguilar Rodríguez, Javier Andersson Guerrero Ramos

1

Agradecimientos

Agradezco y dedico este proyecto de grado a mi

familia, la cual me ha acompañado en todo el

proceso para obtener mi título de tecnólogo

en electricidad.

Expreso el siguiente agradecimiento

a las personas que nos brindaron ayuda

durante este proyecto, los cuales menciono

a continuación:

Ingeniero Diego Armando Giral Ramírez

Ingeniero Víctor Alfonso Gómez Saavedra

Javier Andersson Guerrero Ramos

Agradezco a Dios y a mi familia, que me

ha estado apoyando en cada paso que he dado

durante esta primera faceta de mi

carrera profesional, me han ayudado, levantado

y brindado animos siempre.

Este otro agradecimiento es para las

personas que nos han instruido

durante el desarollo de este proyecto.

Ingeniero Víctor Alfonso Gómez Saavedra

Ingeniero Diego Armando Giral Ramírez

Cristian Camilo Aguilar Rodríguez

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ResumenEl objeto de este proyecto realizo una aplicación para el diseño de instalaciones eléctricas con el �nde aplicar la normatividad especí�ca para realizar un proyecto residencial como lo son RETIE reso-lución 9 0708 de Agosto 30 de 2013, NTC 2050 y las del operador de red actualmente (CODENSA).

El proyecto desarrollado propone una herramienta de uso educativo y que puede ser utilizadoa nivel industrial, en apoyo al estudiante en el curso de instalaciones eléctricas. Esta herramientaentrega al usuario cuadros de carga, donde tiene la posibilidad de seleccionar la opción de mostraren una unidad de vivienda su respectivo cuadro de cargas, medidores, zonas comunes, tablero ge-neral de zonas comunes, dispositivos y motores trifásicos, el tablero general de acometidas, todoesto por medio de valores de entrada que el usuario ingresará.

El proyecto se realizó por medio del entorno de programación Matlab. El software nos permiteconocer de manera grá�ca los lineamientos que se tomen en cuenta del diseño detallado de unainstalación eléctrica residencial.

Cabe resaltar que la mayoría de aportes están orientados al seguimiento de guías, instructivos,documentación de apoyo, entre otros, pues la búsqueda realizada tanto en el Repositorio Institu-cional Universidad Distrital (RIUD) y en tesis realizadas muestran cero resultados a�nes a la temá-tica que comprende la construcción de cuadros de carga de un proyecto de instalaciones eléctricasa nivel residencial bajo normatividad colombiana con herramientas computacionales orientado a�nes académicos que permitan el desarrollo de proyectos en instalaciones eléctricas de baja tensión.

AbstracThe object of this project was an application for the design of electrical installations in order toapply the speci�c regulations to carry out a residential project such as RETIE resolution 9 0708of August 30, 2013, NTC 2050 and those of the network operator currently ( CODENSA).

The developed project proposes a tool for educational use and that can be used at industriallevel, in support of the student in the course of electrical installations. This tool provides the userwith load charts, where he has the possibility to select the option to display in a housing unithis respective load chart, meters, common areas, general board of common areas and the generalboard of connections, all this for means of input values that the user will enter.

The project was carried out through the Matlab programming environment. The software allowsus to know graphically the guidelines that take into account the detailed design of a residentialelectrical installation.

It should be noted that most of the contributions are oriented to the follow-up of guides, instruc-tions, support documentation, among others, since the search carried out both in the InstitutionalRepository of the District University (RIUD) and in theses made gives us zero results related tothe Thematic that includes the construction of load charts of a project of electrical installationsat residential level under Colombian electrical normativity with computational tools oriented toacademic purposes that allow the development of projects in low voltage electrical installations inresidential scenarios.

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Índice

1. Introducción 5

2. Marco Teórico 52.1. Software matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2. Normas y reglamentos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2.1. Reglamento técnico de instalaciones eléctricas (RETIE) . . . . . . . . . . . . 62.2.2. Norma técnica colombiana 2050 (NTC 2050) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.3. Normas de construcción (Normas Codensa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.3. Tableros de distribución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.1. Tablero General de acometidas (TGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.2. Tableros de distribución de uso residencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.3. Conductores aéreos de acometida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.4. Circuitos ramales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3.5. Salidas necesarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3.6. Cargas de alumbrado general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. Metodología 103.1. FASE 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2. FASE 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2.1. Revisión bibliográ�ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2.2. Limitación y alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2.3. Clasi�cación y conformación de los tableros de distribución . . . . . . . . . . 13

3.3. FASE 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.1. ¾Cómo se realizó? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.2. Interfaz grá�ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.3. Programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.4. FASE 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4. Resultados 184.1. Pruebas de Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.2. Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2.1. Ejemplo tablero distribución para unidades de vivienda . . . . . . . . . . . . 194.2.2. Ejemplo tablero medidores de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.2.3. Ejemplos tableros de distribución para dispositivos y motores trifásicos . . . 334.2.4. Ejemplo tablero distribución general de zonas comunes (TGZC) . . . . . . . 424.2.5. Ejemplo tablero distribución general de acometidas (TGA) . . . . . . . . . . 444.2.6. Ejemplo regulación de tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2.7. Factor de ocupación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5. Conclusiones 49

6. Bibliografía 50

7. Anexos 50

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1. Introducción

En la actualidad el sector educativo, cuenta con una gran cantidad de herramientas para facilitarel proceso de aprendizaje, desde las calculadoras pioneras en la sencilla y rápida manera de realizarcálculos matemáticos, hasta los distintos software educativos avanzados que existen.

Muchos estudiantes, usan este tipo de herramientas para generar estrategias de estudio, tambiénpuedan comprender mejor un tema en especí�co ya sea de tipo matemático, secuencias lógicas,competencias creativas, entre otros.

Una de las formas necesarias para fomentar no solo estrategias en los estudiantes, sino que generende igual forma métodos de aprendizaje, es la interacción y manipulación de casos reales, que a suvez puedan adaptarse y aplicar soluciones al campo de trabajo. Con la interacción y manipulaciónde información se puede buscar soluciones dependiendo del tipo de problema o necesidad planteada.

Estos tipos de estrategias se dejan evidenciados, creando asi distintos tipos de recursos didácticosútiles para el fácil aprendizaje y brindar soluciones a muchos problemas.

Existen temáticas que requieren de estilos de aprendizajes para comprender su contenido con faci-lidad, el diseño de instalaciones eléctricas es una temática que puede llegar a ser confusa durantesu desarrollo, no solo por el criterio de diseñdor al cual esta sometido, sino que también al mo-mento de realizar cálculos, puesto que son una gran cantidad de ecuaciones y valores que permitenobtener las variables necesarias.

El objetivo principal de este proyecto obtuvo como �n la practica edición, manipulación de datosy el desarrollo de ideas para poder crear conforme a las normas regidas en Colombia en el ámbitode las instalaciones eléctricas residenciales una aplicación compuacional para simpli�car procesos.

2. Marco Teórico

Una instalación eléctrica, se de�ne como el sistema de conexiones que conduce y distribuye lacorriente eléctrica, desde el servicio eléctrico hasta la última salida eléctrica.En cuanto al diseño eléctrico de la instalación, ya sea vivienda, escuela, industria, hospital, etc., sedeben tener en cuenta todos los requisitos técnicos y normativos para el tipo de edi�cación, en losque se encuentran: capacidad de la edi�cación, número de plantas, posibles ampliaciones, cargas yposibles equipos eléctricos que funcionaran en ella. [1]

2.1. Software matlab

MATLAB es un lenguaje de programación técnico que permite realizar cálculos numéricos convectores y matrices, también se puede trabajar con el sistema numérico (reales y complejos),funciones, ecuaciones diferenciales, algebra lineal y nos permite interactuar ademas con grá�cos.Además nos permite construir nuestras propias herramientas reutilizables, funciones y programasespeciales (llamados M-archivos) que las podemos agrupar en Toolbox (también llamadas librerías)para trabajar en casos particulares. [7]La Universidad Distrital Francisco José de Caldas cuenta cuenta con una licencia estudiantil "Total

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Academic Headcount (TAH) de MATLAB, Simulink y productos complementarios."Se realizó una aplicación computacional entorno al lenguaje de programación Matlab, diseñandouna interfaz "humano-maquina", que aporta una estrategia de aprendizaje abarcando el objetivoprincipal que permite la construcción adecuada en los cuadros de carga para tableros de distrubcionque se requieran al momento de diseñar un proyecto de instalaciones electricas residenciales.

2.2. Normas y reglamentos técnicos

En este proyecto a nivel residencial, se tuvo en cuenta las siguientes normatividades colombianas:

* Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) resolución 9 0708 de agosto 30 de2013. [2]

* Norma Técnica Colombiana (NTC 2050). [3]

* Normas de construcción (Normas Codensa): [4]

+ Acometidas y medidores.

◦ Acometidas eléctricas.

◦ Cajas, armarios y celdas.

◦ Equipo auxiliar de medición.

◦ Generalidades acometidas eléctricas e instalación de medidores.

◦ Medidores de energía eléctrica.

◦ Sistemas de emergencia instalados por el cliente.

Con base a los items señalados anteriomente, se realizó la siguiente clasi�cación ( ver TABLA 1)con el objetivo de �jar parametros que se requieren para satisfacer las demandas de los usuarios;se tiene en cuenta el nivel jurídico que se ha designado sobre la normatividad y reglamentacióneléctrica colombiana.

Parámetro Reglamento (Obligatorio) Norma (Voluntaria)Competencia Estado InstituciónMotivación Seguridad CalidadNecesidades Basicas AtributosElaboración Consultado ConsensuadaSeguimiento Cumplimiento Conformidad

Tabla 1: Alcance de normas y reglamentos técnicos.

2.2.1. Reglamento técnico de instalaciones eléctricas (RETIE)

Fue creado por el Decreto 18039 de 2004, del Ministerio de Minas y Energía. El objetivo de estereglamento es establecer medidas que garanticen la seguridad de las personas, vida animal y vegetaly la preservación del medio ambiente, previniendo, minimizando o eliminado los riesgos de origeneléctrico. [5]Este reglamento establece limites especí�cos en una instalación eléctrica para poder brindar unbuen servicio y seguro.

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Requisitos para instalaciones de uso �nalEl RETIE menciona el límite para una instalación de uso �nal en la cual considera que, los sistemaseléctricos que van desde la frontera con la red de servicio general, incluyendo la acometida o ramalesde acometida que entregan la energía al equipo de entrada de servicio del usuario, hacia el interiorde una edi�cación o al punto de conexión de los equipos o elementos de consumo. [1]

2.2.2. Norma técnica colombiana 2050 (NTC 2050)

El Código Eléctrico Colombiano ha sido de carácter obligatorio por cerca de 20 años y con la imple-mentación del RETIE, que hace expresa la obligatoriedad de la misma en sus primeros 7 capítulos.Asimismo, este código contempla los parámetros, de�niciones, requisitos y demás característicaspara la elaboración, diseño, simpli�cación de instalaciones eléctricas. [2]

2.2.3. Normas de construcción (Normas Codensa)

Mediante su página web [4], este operador de red ofrece varios servicios de ayuda en los que seencuentran: acometidas y medidores, alumbrado público, cables subterráneos, centros de transfor-mación para redes aéreas urbanos y rurales, centros de transformación para redes subterráneas,líneas aéreas rurales de distribución y entre otros, y cada uno de ellos según la respectiva normatécnica. Además de ofrecer ayuda personalizada al constructor o diseñador.

Las normas Codensa ofrecen unas tensiones de suministros, estas con el objetivo de evidenciar losdistintos niveles existentes para las cargas que se van a alimentar, estos valores varian de acuerdoal tipo de carga demandada que tiene el usuario.Tensión de suministroSegún el operador de red, se deben tener cuenta valores de tensión en el suministro desde lostransformadores de distribución y hacia la propiedad del cliente. (Ver Tabla 2)

Tensión ExactitudMonofásico Tri�lar (120/240) V (+ 5, - 10%)Trifásico Tetra�lar (208/120) V (+ 5, - 10%)Trifásico Tetra�lar (380/220) V (+ 5, - 10%)Trifásico Tetra�lar (440/254) V (+ 5, - 10%)

Tabla 2: Tensiones de suministro, operador de red Codensa. [4]

Estos distintos niveles de tensión se tienen en cuenta al momento de realizar el diseño de laalimentación de la carga a conectar (usuarios, motores, entre otros), puesto que debe existir unlimite en la alimentación, no todas las secciones de un proyecto demandan la misma carga porende se alimentan con distintos valores. (ver Tabla 3).

Carga Tensión Limites ObservaciónBifásico bi�lar 120 V 1 hasta 8 Kw -

Monofásico tri�lar 120/240 V 1 hasta 25 Kw Transformadores de distribución monofásica.Bifásico tri�lar 120/208 V 1 hasta 20 Kw Zonas Urbanas

Trifásico tetra�lar 120/208 V 9 hasta 35 Kw Zonas urbanas y veredales

Tabla 3: Límites de carga. [4]

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Para la distribución de estos niveles de tensión, se requieren de tableros distribución, donde existendistintos tipos y su eleccion depende del nivel de tensión y la cantidad de circuitos requeridos.

2.3. Tableros de distribución

En el diseño de un proyecto de instalaciónes eléctricas residenciales es fundamental y esencial laexistencia de tableros de distribución, de estos tableros se derivan los distintos circuitos ramalescon los que se divide la instalación y se encuentran ubicadas las protecciones de los circuitos.Los distintos circuitos que se derivan de los tableros de distribución son utilizzados para ascensores,circuitos para las viviendas, bombas contra incendios, bombas de agua eyectoras, acometidas, entreotros.

2.3.1. Tablero General de acometidas (TGA)

Según el operador de red Codensa el tablero general de acometidas es un elemento para distribuiry proteger las acometidas, el cual será instalado en la subestación o local designado. Además puedede�nirse como un dispositivo cuyo �n es el de proteger los circuitos alimentadores a los tablerosde distribución, por medio de un interruptor general o varios de acuerdo a los criterios técnicos delproyecto. [4]

2.3.2. Tableros de distribución de uso residencial

Los tableros de distribución son uno de los elementos más importantes en una instalación eléctrica,debido a que en él se encuentran elementos como, protecciones termomagnética y diferenciales quese encargan de la protección de los distintos circuitos ramales de una instalación eléctrica. [6]Es por lo anterior que es importante contar con ellos y clasi�carlos según sean, monofásicos,trifásicos o bifásicos; además de conocer sus dimensiones (ver Tabla 4).

Tablero No Circuitos Tensión Fases Barras CorrienteMonofásico 4, 6, 8, 12 120/240 V 1 Fase, 2 Hilos Neutro y tierra

instaladas75 A

Bifásico 2, 8, 12, 16, 20,24

208/240 V 2 Fases, 3 Hilos Neutro y Tierrainstaladas

150 A

Trifásico 6, 12, 18, 24, 30,36

208/240 V 3 Fases, 4 Hilos - 200

Tabla 4: Tableros de distribución de tipo residencial. [6]

2.3.3. Conductores aéreos de acometida

La alimentacion de tableros se realiza a través de conductores, a estos se le considera conductoresaéreos de acometida si ingresan hasta un edi�cio (por medio de capacete) u otra estructura (comoun poste) y llegan a los sitios en los que se instale un medidor o medio de desconexión.Además los conductores no deben tener una sección transversal menor a 8,36 mm2 (8 AWG) si sonde cobre o a 13,29 mm2 (6 AWG) si son de aluminio o cobre revestido de aluminio. [3]

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2.3.4. Circuitos ramales

En la seccion '2.2 Tableros de distribución' se menciona que hay derivaciones en los tableros dedistribución conocidos como circuitos ramales, se encargan de distribuir la energía a las distintaszonas en un proyecto y asi alimentar las cargas demandadas, para realizar un diseño se debe tenerencuenta los límites o parametros de las normas o reglamentos eléctricos colombianos.De la NTC 2050 se considera gran variedad de aspectos para realizar el diseño eléctrico, y entreellos se encuentra el circuito ramal, de�nido como los conductores de un circuito entre el disposi-tivo �nal de protección contra sobrecorriente y la salida o salidas. Además el número mínimo decircuitos ramales se debe establecer a partir de la carga total calculada y la capacidad nominal delos circuitos utilizados. En todas las instalaciones, el número de circuitos debe ser su�ciente paraalimentar la carga conectada. También se considerar en este mismo apartado la clasi�cación porcapacidad de corriente para estos circuitos ramales, debido a que según el valor del dispositivo deprotección y teniendo en cuenta que no sean circuitos individuales se organiza según los siguientesvalores: 15, 20, 30, 40 y 50 A. Además �la capacidad nominal del circuito ramal no debe ser menora la carga no continua más el 125% de la carga continua�. [3]

La NTC 2050 menciona las cargas de alumbrado general y agrupa dentro de este apartado atodas las salidas (tomacorrientes, luminarias, cargas para pequeños electrodomésticos, planchadoy lavandería) exceptuando las secadoras, hornos, estufas mixtas.

2.3.5. Salidas necesarias

Las salidas necesarias para las instalaciones eléctricas están de�nidas agrupadas, según la NTC2050 en tomacorrientes en unidades de vivienda entre las que se encuentran de�nidas, según el es-pacio especi�cado como lo pueden ser, cuartos de baño, zonas de lavandería y planchado, sótanosy garajes, recibidores y zonas similares, otro caso es el caso de salidas para equipos de calefacción,congeladores y aire acondicionado.Además, para cada zona se especi�ca distancias entre tomacorrientes, potencias consideradas, cir-cuitos ramales para cada una y en caso de requerirse tomacorrientes especiales, son presentadas,como es el caso de los tomacorrientes GFCI para áreas donde la instalación genere mayor vulne-rabilidad de la persona al paso de la corriente. [3]

2.3.6. Cargas de alumbrado general

Para realizar el cálculo de la carga mínima que debe ser instalada en una unidad de viviendase considera la carga unitaria de (32 VA / m2), teniendo en cuenta que elementos como cargasde lavado, planchado y pequeños electrodomésticos. Para estos últimos se tiene en cuenta que elalimentador para esta carga se debe calcular a 1500 VA por cada rama bi�lar.Por otro lado también se especi�ca el factor de demanda para los elementos que no son conside-rados, como lo son secadoras eléctricas, estufas eléctricas domésticas, hornos de pared, estufas desobreponer y otros electrodomésticos de cocina de más de 1,75 kW nominales.Para dichos elementos se presentan las tablas 220-18 para secadoras eléctricas, en cuanto a la tablacon relación al factor de demanda de hornos, estufas eléctricas se remite a la Tabla 220-19 capítulo2, sección 220 de la NTC 2050. [3]

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3. Metodología

El proyecto se dividio y realizó en 4 distintas fases (ver Figura 1)

Figura 1: Metodología

3.1. FASE 1

En esta fase en primera instancia se realiza una exhaustiva investigación acerca de software quetuviesen relación con cuadros de carga eléctricos, la búsqueda se extiende a sitios web internacio-nales y de este modo se evidencia la gran cantidad de estos, dirigidos a la industria y relacionadoscon cargas de mucha demanda de energía pero no tienen relación alguna con instalaciones de usoresidencial.

La búsqueda continua en sitios web a nivel nacional, donde se mencionan grandes empresas yreconocidas, se evidencia que los software que brindan las empresas, son dirigidos hacia la distri-bución de energía (líneas de transmisión, transformadores, entre otros) y muy poco relacionadoscon instalaciones eléctricas de uso residencial.Las consultas no solo se quedan por medio web, a nivel nacional existen guías de diseño en ins-talaciones eléctricas residenciales de distintas universidades en Colombia, instructivos y estudiosrealizados que prueban su existencia, del mismo modo no se encuentran software o aplicacionescomputacionales relacionados con cuadros de carga para instalaciones eléctricas de uso residencial.Es importante resaltar que el acceso a plataformas de otras universidades es limitado y por endela información es mínima.

En segunda instancia y con estos resultados en cuanto a la investigación, inicía el analisis biblio-grá�co tomandose como referencias la normatividad eléctrica colombiana NTC 2050, RETIE ynormas Codensa para establecer los parametros y limites que darán esencia al proyecto propuestoen la siguiente fase.

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3.2. FASE 2

Para esta fase, con el análisis del contenido bibliográ�co obtenido (normas, reglamentos), la infor-mación es seleccionada y parametrizada estableciendo un orden que es clave al momento de aplicaren el diseño de la aplicación computacional.

3.2.1. Revisión bibliográ�ca

En esta revisión, hay aspectos que son la base en el funcionamiento de la aplicación y provienende las siguientes normas y reglamentos:

* RETIE

* NTC 2050

* Normas Codensa

De cada documento mencionado anteriormente se encuentran apartados, secciones, párrafos quepor obligación tienen que ir en un diseño de instalaciones eléctricas residenciales, sea algún tipode limite o indicación especial.La revisión bibliográ�ca tiene como objetivo extraer estos apartados, secciones, párrafos, cuadros,imágenes, entre otros que son de vital importancia en el desarollo de la aplicación.Las limitaciones son claves tenerlas en cuenta siempre, de ahí se garantiza la calidad de la insta-lación y del servicio que se brinde.¾Por qué se ha de limitar un proyecto o programa?, en la mayoría de los casos, los proyectos nocomparten la misma magnitud de los objetivos, no todos los proyectos son dirigidos al mismo ám-bito de labor, por eso la aplicación computacional maneja apartados especi�cos de la NTC 2050,RETIE y Normas Codensa.

3.2.2. Limitación y alcance

El diseño eléctrico a nivel residencial, de�nido por el RETIE menciona que debe ser realizado porun profesional legalmente competente, el cual pueda realizar la actividad. Además menciona dostipos de diseño, detallado y simpli�cado que aplique según el tipo de instalación. De lo establecidoen el reglamento para el diseño detallado se presentan lineamientos de este diseño aplicados en elproyecto y expuestos a continuación:

∗ Los siguientes apartados son expuestos para la elaboración del diseño detallado de una insta-lación eléctrica y se tomaron los parámetros expuestos por el RETIE capítulo 2, articulo 10,sección 10.1.1 diseño detallado, pero teniendo en cuenta que el alcance de la aplicación sonlos cuadros de carga para tableros de distribución, NO se tienen en cuenta algunos apartadosde este diseño, como lo son: b, c, d, e, g, h, i, j, k, l, m, o, q, r, s, t, u, v, w. [2]

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A - Análisis y cuadros de cargas iniciales y futuras, incluyendo análisis de factor de potencia yarmónicos.

F - Análisis del nivel tensión requerido.

N - Cálculos de canalizaciones (tubo, ductos, canaletas y electroductos) y volumen de encerra-mientos (cajas, tableros, conduletas, etc.).

P - Cálculos de regulación.

Se resaltan estos apartados, este es el alcance de la aplicación el cual se ha de entregar comoresultado �nal.

Análisis y cuadros de cargas iniciales y futuras, incluyendo análisis de factor de po-tencia y armónicosCon el objetivo de obtener cuadros de carga (sea de tipo vivienda, zona común, ascensores, entreotros), se analiza la carga demandada para así realizar una debida distribución de las salidas yevitar desbalances en las líneas.

Análisis del nivel de tensión requeridoUna vez realizados los cuadros de carga se deduce el nivel de tensión que demanda el proyecto, estocon el �n de establecer un nivel adecuado en el proyecto para evitar incoherencias y / o fallos enel servicio. Estos límites están establecidos por Codensa y estan evidenciados en la sección 2.1.3,Tabla 2.

Cálculos de canalizaciones (tubo, ductos, canaletas y electroductos) y volumen de en-cerramientos (cajas, tableros, conduletas, etc.)Con los datos obtenidos de los 2 anteriores apartados, se calcula todo tipo de canalización y lograrla energización de cada salida eléctrica, todo esto acompañado con un factor de ocupación quein�uye en el cálculo de ductos.

Cálculos de regulaciónLa distribución de energía eléctrica es muy importante al momento de evaluar la e�ciencia delservicio, los medios de distribución (conductores, electroductos)no son ideales, siempre presen-tan perdidas, por ende en este apartado se procede con el cálculo de regulación de tensión, dondepermite ver un porcentaje de perdidas (caída de tension) en los medios de distribución de la energía.

Los enteriores apartados son tenidos en cuenta porque contienen el minimo Y fundamental de undiseño de instalaciones electricas.Con esta limitación, la clasi�cacion de cada tablero de distribución requerido en un proyecto deinstalaciónes se hace mas facil de obtener por ende se muestra acontinuación.

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3.2.3. Clasi�cación y conformación de los tableros de distribución

El objetivo del proyecto realizó distintos cuadros de carga dependiendo del tipo de tablero dedistribución que se vaya a utilizar.En un proyecto de instalaciones elpectricas residenciales se pueden realizar distintos tipos de table-ros de distribución que alimentan viviendas, zonas comunes, bombas de agua, la red de incendiosy también tableros de distribución generales que alimentan a estos.

* Tablero de distribución para una viviendaEn este tipo de tableros se encuentran:Monofásicos de 4, 6, 8 y 12 circuitos.Bifásicos de 2, 8, 12, 16, 20 y 24 circuitos.Trifásico de 6, 12, 18, 24, 30 y 36 circuitos.

En estos circuitos se conectan, luminarias, tomacorrientes, tomacorrientes GFCI y tomasespeciales (secadoras, Hornos, estufas eléctricas)Cada carga conectada maneja potencia, corriente y tensión, dependiendo la carga los valoresvarían.

* Tablero de distribución para zonas comunesPara estos tipos de tableros de distribución se utilizan los distintos tipos de tableros mencio-nados anteriormente.A este tipo de tableros se conectan cargas de iluminación exterior, motores (Ascensores,bombas de agua y bombas contra incendio), re�ectores, calefacción, medidores.Generalmente para estos tableros la iluminación perimetral, en la mayoría de los casos serealiza a 208 V, donde se utilizan tableros trifásicos y la cantidad de sus circuitos dependede la cantidad de salidas de iluminación conectadas.Sus protecciones son termomagnéticas y su curva es tipo C (Protección de los circuitos dealumbrado, tomas de corriente y aplicaciones generales).

* Tablero de distribución para dispositivos trifasicos y motoresPara estos tipos de tableros de distribución se utilizaron los distintos tipos de tableros men-cionados anteriormente.A este tipo de tableros se conectan cargas de iluminación exterior, motores (Ascensores,bombas de agua y bombas contra incendio), Re�ectores, calefacción, medidores.Donde sus protecciones (por ser en su mayoría motores) son térmicas.

* Tablero de distribución general de acometidasDe este tablero se deriva la alimentación de los tableros de distribución de viviendas, tablerosde distribución para zonas comunes y tableros de distribución de la red contra incendios.

Estos tableros son alimentados desde la subestación, la UPS con su respectiva trasferencia, queentra cuando se presenta un corte de energía en la red. Se tiene en cuenta que esta va dirigida alos tableros de distribución, de acá se obtienen los cuadros de carga de una vivienda, zona común,ascensores, entre otros. A este se conecta el 100% de la carga demandada.

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3.3. FASE 3

Esta fase inicia con el desarrollo del código en sus operaciones internas, interfaces 'humano-maquina', en donde se ingresan variables, ecuaciones, vectores, que siguen un orden lógico y se-cuencial al momento de crear un proyecto de vivienda o cálculos externos (Regulación de tensióny factor de ocupación).

3.3.1. ¾Cómo se realizó?

Esta subsección se trata de la explicación detallada sobre la creación de la aplicación computacio-nal nombrada SIMUL-LOAD, que su nombre consta de un acrónimo 'SIMUL' y la palabra carga'LOAD', generando un sencillo nombre que abarca el signi�cado de: simular cargas.

3.3.2. Interfaz grá�ca

El diseño de toda aplicación, generó una asociación cómoda y agradable al momento de crear unainterfaz grá�ca, para el caso de 'SIMUL-LOAD', su interfaz se diseñó con la herramienta de Matlabllamada GUIDE (también conocidas como interfaces grá�cas de usuario o interfaces de usuario),donde se permite crear botones, listados, popupmenus, cuadros de texto editable(ingresar datos),cuadro de textos estáticos (mostrar mensajes en general).Las ventanas son modi�cables en cuanto a su tamaño, entre más visible sea una ventana, másagradable y entendible de ver, del mismo modo la cantidad de ventanas a crear no tiene límiteestablecido, y se puede acomodar a los ajustes por parte del criterio del diseñador.

3.3.3. Programación

Como se menciona en la anterior sección, la programación de 'SIMUL-LOAD' es entorno al len-guaje de programación Matlab.En Matlab una vez creada la interfaz grá�ca, este nos arroja el codigo por defecto para hacerel enlace entre la interfaz y el código del usuario, esta tiene muchas opciones en su herramientaGUIDE, pero se evidenciaron las opciones mas utilizadas al momento de crear interfaces grá�cas,donde el objetivo principal en cuanto apariencia es crear una herramienta fácil de comprender.

∗ Para comprender la manipulacion de datos en GUIDE, se enseña las opciones que se utiliza-ron. (Ver Figura 2)

14

Figura 2: Manipulación datos en GUIDE

Para esta programación se utilizó 'function' (función), puesto que es la manera más sencilla, rápiday ordenada para lograr enlazar las funciones del GUIDE y el código a crear, que es el cerebro de'SIMUL-LOAD'.

* Ingreso de variables Para el ingreso de variables en el programa, se usan los 'edittext'(textos editables), cabe aclarar que el ingreso de datos a 'SIMUL-LOAD' es 100% numérico.

* Muestra de datos Para la muestra de datos se utilizaron los 'statictext' (textos estaticos),estos permiten ver los resultados de operaciones, mensajes de error alternativos.

* Botones En esta parte se usaron los 'pushbutton' (Presionar boton), estos permiten realizarla operación indicada por la función que se programe, además permite la realizacion de ope-raciones matemáticas, comparaciones, muestra de textos, incluso se pueden exportar datos,archivos, imágenes, entre otros.

* Listado de opciones Estos listados o como se conocen 'popupmenu' (menu emergente),permiten ver múltiples opciones a elegir, dependiendo de la opción que se elija, se puedecrear variables, mostrar textos acompañados con una función del botón.

3.4. FASE 4

En esta fase se evidencia de manera resumida, los resultados obtenidos acerca de 'SIMUL-LOAD'.También en busca de opiniones se presentó una primera versión a la comunidad estudiantil, dondeellos aportaron sus opiniones, críticas y puntos de vistas a mejorar, se realizó una encuesta mediantesuervey monkey una aplicación que permite generar encuestas de manera gratuita, las preguntasy respuestas se encontraran en el anexo 1 de este documento.Por otra parte, se realiza un diseño detallado en cuanto a cada variable y opción del programa.en la siguiente �gura, se muestra la distribución, relación entre variables (entrada, salida) y losbloques de operación simpli�cados para la fácil comprensión de la aplicación computacional.

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Figura 3: Diagrama de bloques proyectos SIMUL - LOAD R©,

En esta Figura 3, en el bloque de 'Ventana de inicio' entrega 3 salidas ('Acerca de', '¾Comofunciona?' y 'Comenzar'), nos dirigimos hacia la salida 'Comenzar' nos enviará al bloque deMenú, este posee 1 entrada y 3 salidas (cabe resaltar que estas opciones no son editables aún),eligiendo la salida 'Empiece un proyecto' vamos hacia el bloque 'Paso 1 proyecto', este bloqueen el programa donde se observan las opciones de proyectos disponibles, luego de esto, se ingresa alas ventanas según el proyecto seleccionado en donde el usuario puede introduce las variables quese necesitan para generar cada cuadro de cargas (Luminarias, tomacorrientes, factor de potencia uotros según el tablero de distribución), estas opciones una vez completadas seguirán desplegandouna serie de ventanas, la cual se tiene organizada en el siguiente orden:

* Unidades básicas (Viviendas)

* Medidores de energía

* Zonas comunes

* Dispositivos y motores trifásicos

* Tablero general de zonas comunes

* Tablero general de acometidas

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Nota: las ventanas para tableros de distribución de unidades básicas y zonas comunes tienen laopción de 'Exportar datos', como su nombre lo indica se puede exportar los datos obtenidos aun archivo excel, donde este los conserva y almacena en el escritorio del ordenador del usuario,para los demás tableros de distribución como armario de medidores, tableros generales para zonascomunes, dispositivos y motores trifásicos, tablero general de acometidas, esta opción esta acopladaen los botones de simulación.

Figura 4: Diagrama de bloques Otros SIMUL - LOAD R©.

En esta Figura 4 volviendo al bloque Menú, eligiendo las salidas Otros, se dirige a un bloque conel mismo nombre, en este bloque hay 2 opciones, regulación de tensión y factor de ocupación, enestas ventanas del programa se pueden introducir datos para realizar el cálculo ya sea de regulaciónde tensión o factor de ocupación.

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4. Resultados

4.1. Pruebas de Funcionamiento

En esta parte, se evaluó el correcto funcionamiento en cuanto a cálculos y efectos normativos dela aplicación, desarrollando o tomando ejercicios especí�cos, los cuales son comparados con losarrojados por la aplicación.

4.2. Caso de Estudio

Con la realización del software SIMUL - LOAD R©, e implementando un caso de estudio para lasolución del mismo, obtenemos lo siguiente:

PROYECTOSe requiere realizar un proyecto de instalaciones eléctricas residenciales de estrato 4 en la ciudadde Bogotá D.C., un conjunto residencial que consta de 2 edi�cios de 10 pisos, para las unidades devivienda (son de 3 tipos distintos, puesto que cada una tiene distinta área), se requiere que hayauna secadora a una potencia de 2000 VA con un FP = 1, una lavadora a una potencia de 1200 VAcon un FP = 1, una estufa con una potencia de 1500 VA.

Para los ascensores estos tienen un motor trifásico a 5000 VA, su factor de potencia es de 0.9(-),son ascensores de servicio las cuales pertenecen 2 por edi�cio.

Este conjunto residencial consta de bombas de aguas, jockey y bombas contra incendio, con lossiguientes valores. (ver Tabla 5)

Bomba de agua 1 3 HPBomba de agua 2 4 HP

JOCKEY 2 HPBCI 40 HP

Tabla 5: Potencia Bombas

En el sistema de red contra incendios se requiere de una bomba contra incendio que funcione a sumáxima potencia cuando sea requerida.Recuerde que el sistema contra incendios va directamente alimentado del transformador.

SoluciónEn esta sección vamos a colocar todas las ecuaciones utilizadas para la solución de este proyecto.Este proyecto es un caso de estudio para comprobar y contrastar datos teóricos realizados pormedios diferentes.

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4.2.1. Ejemplo tablero distribución para unidades de vivienda

A continuación, se presenta un ejemplo del funcionamiento de la aplicación SIMUL-LOAD R© parala ventada llamada 'viviendaA', además se muestra un diagrama de �ujo para entender estasección como se observa en la �gura 5, en la cual se muestran las entradas y salidas para lasimulación del tablero de distribución en este tipo de ventanas.

Figura 5: Diagrama de �ujo, ventana viviendaA.

Para el siguiente ejemplo se dispone de una unidad de vivienda y se proyectan las siguientes salidas:Luminarias: 50 [W], fp=0.9(-)Lavadora: 1200 [W]Secadora: 2000 [W]Estufa: 1500 [W]Según la simulación realizada en la aplicación SIMUL-LOAD R©, se muestra la �gura 6.

Figura 6: simulación ventana ViviendaA

En la �gura 6, se especi�can 4 secciones para explicar varios aspectos del simulador.

19

Empezando por la sección 1 que se especi�ca en la �gura 7 a continuación.

Figura 7: Simulación ventana ViviendaA

En esta sección, los datos ingresados en los circuitos son para alumbrado general, es decir lumina-rias y tomacorrientes a 180[VA], ahora bien, se toma como estudio el primer circuito:7 tomacorrientes, 3 luminarias, fp tomas 1, fp luminarias 0.9(-) y potencia por luminaria de 50[W].

Se obtiene la potencia compleja por tomacorriente según la siguiente ecuación (1):

S(tomas) = 180 ∗ fp+ 180 ∗ (sin arc cos(fp)) ∗ i [V A] (1)

S(tomas) = 180 [VA]

La potencia compleja por luminaria según la ecuación (2) y (3):

S(Luminaria) = Pactiva+ i ∗ Preactiva [V A] (2)

Q(Luminaria) =Pactiva

fp∗ (sin(arc cos(fp))) ∗ i [V AR] (3)

S(Luminarias)= 50 -i*24.216 [VA]

Se obtiene la potencia compleja del circuito 1 según la ecuación (4):

S(Circuito1) = (no.tomas ∗ S(Tomas)) + (no.luminarias ∗ S(Luminarias))) [V A] (4)

SCircuito 1=1410-i*7.2648 [VA]

Se aplica para los demás circuitos el procedimiento anterior, con lo cual las potencias por circuitode alumbrado general son:

S(Circuito 1) =1410-i*7.2648 [VA]S(Circuito 2) =1480-i*193.73 [VA]S(Circuito 3) =1460-i*9.6864 [VA]S(Circuito 4) =1480-i*193.73 [VA]

20

Volviendo a la �gura 6, se especi�can 4 secciones las cuales se tomaron para explicar varios aspectosdel simulador.Se continua con la sección 2 que se especi�ca en la �gura 8 acontinuación.

Figura 8: Simulación ventana ViviendaA

Para los circuitos especiales se asignan los siguientes elementos, secadora de 2000 [VA], horno a1500 [VA] y lavadora a 1200 [VA].Nota: este último elemento por tener potencia menor a 1500 [VA] y ser un artefactodiferente a horno, estufa y secadora eléctrica se almacena en Otros 1, para despuéssumar esta potencia a alumbrado general.

Siendo la potencia total instalada igual a la ecuación (5):

STI = SCircuito1, 2, 3, 4 + SLavadora+ SHorno+ SSecado [V A] (5)

STI = (5830-i*556.97 [VA])+(1200 [VA])+(1500 [VA])+(2000 [VA]) [VA]

STI=10530-i*556.97 [VA]

Luego se obtiene la potencia aparente del resultado STI de la ecuación (6):

S =√P 2 +Q2 [V A] (6)

STI=10544,7 [VA]

Con las potencias de nuestro ejemplo, se realizan los cálculos de diversi�cación para alumbradogeneral con la ecuación (7).

SAG = SCircuito1 + SCircuito2 + SCircuito3 + SCircuito4 + SLavadora [V A] (7)

* SAG : potencia compleja total para alumbrado general

SAG = 7030 - i*556.97 [VA]

21

con este valor se procede a obtener los porcentajes de demanda de la tabla 220-11 de la NTC 2050:

3000 [VA] 100%120000 [VA] 35%

Mas de 120000 25%

Tabla 6: Referencia Tabla 220-11 de la NTC 2050

de la ecuación (6) se obtiene entonces la potencia aparente de SAG = 7052.029 [VA]

∗ al aplican los factores de demanda de la tabla (6) se obtiene una potencia total diversi�cadapara alumbrado general de:

PDAG= 4418,21 [VA]

* PDAG: potencia diversi�cada para alumbrado general.

Por otra parte, para la diversi�cación de hornos y secadoras se tiene que para un horno se debeaplicar un factor de demanda de 80% y para una secadora al 100% de las tablas 220-18 y 220-19,siendo la potencia diversi�cada para estos elementos:

PDH=1500[VA]*80%=1200 [VA]

* PDH: Potencia diversi�cada hornos.

PDS=2000[VA]*100%=2000[VA]

* PDS: Potencia diversi�cada secadoras.

Siendo la potencia total diversi�cada especi�cada en la ecuación (8):

PTD = PDAG+ PDH + PDS[V A] (8)

PTD=7618.21 [VA]

Y de lo anterior calcular la corriente nominal diversi�cada con las ecuaciones (9):

IND =PTD

V n[A] o IND =

PTD√3 ∗ V n ∗ fp

[A] (9)

IND=36.626[A]

Protección = 40 [A]

22

Los anteriores resultados se pueden evidenciar en la sección 4 datos vivienda tipo A de la �gura 9.

Figura 9: Simulación ventana ViviendaA.

por último, en la sección 4 de la �gura 6 se presenta al usuario el desbalance entre las fases, yabifásica fases R y S o trifásica fases R, S y T, según la �gura 10.

Figura 10: Simulación ventana ViviendaA lineas R,S,T.

Para �nalizar la presentación de ejemplo se muestra a continuación en la �gura 11, los datosexportados a Excel, donde se evidencia los resultados por circuito.

23

Figura 11: Datos viviendaA exportados a Excel.

La Figura 12, muestra resultados elaborados en excel del mismo cuadro de cargas viviendaA, serealiza esto para comparar resultados resultados.

Figura 12: Cuadro de carga Vivienda Tipo A, Excel

∗ Se realiza el margen de error porcentual a la potencia total diversi�cada, nos arroja un errorrelativo del 0.037935% y un error absoluto de 2.89, un margen de error pequeño en

cuanto a los cuadros de carga para las viviendas.

4.2.2. Ejemplo tablero medidores de energía

A continuación, se presenta un ejemplo del funcionamiento de la aplicación SIMUL-LOAD R©, paramedidores de energía, además se presenta un diagrama de �ujo para entender esta sección vista en

24

la Figura 13.

Figura 13: Diagrama de �ujo Simul-Load R© para tablero medidor de energía.

Para el siguiente ejemplo se dispone 3 tipos de vivienda, simulados previamente para obtener susresultados y mostrados en las �guras 14(a), �gura 14(b), �gura 15(a), �gura 15(b), �gura 16(a) y�gura 16(b), además se proyectan los siguientes artefactos en cada vivienda.

Luminarias: 50 [W], fp=0.9(-)Lavadora: 1200 [W]Secadora: 2000 [W]Estufa: 1500 [W]

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(a) Simulación

(b) Resultados

Figura 14: Simulación y resultados vivienda tipo A

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(a) Simlación

(b) Resultados

Figura 15: Simulación y resultados vivienda tipo B

27

(a) Simulación

(b) Resultados

Figura 16: Simulación y resultados vivienda tipo C

Luego de obtener todos los datos de 3 tipos de vivienda, se realiza una asignación de circuitosen uno de los armarios de medidores, y se especi�ca la distribución de los tipos de vivienda,aleatoriamente de ha seleccionado 8 circuitos para cada tipo de vivienda como se muestra en la�gura 17.

28

Figura 17: asignación de circuitos en uno de los 3 armarios de medidores de SIMUL - LOAD R©.

29

Figura 18: datos armario de medidores exportados a Excel.

Como se observa en la �gura 18, se muestra la sección llamada datos armario de medidores, cuyosvalores simulados se obtienen según los siguientes parámetros y ecuaciones:

Vivienda tipo A:

* Potencia instalada solo de alumbrado general: 7030 - i*556.97 [VA]

* Potencia total instalada: 10530 � i*556.97 [VA]

Vivienda tipo B:

* Potencia instalada solo de alumbrado general: 6750 - i*508.54 [VA]

* Potencia total instalada: 10250 - i*508.54 [VA]

Vivienda tipo C:

* Potencia instalada solo de alumbrado general: 6390 - i*508.54 [VA]

* Potencia total instalada: 9890 - i*508.54 [VA]

30

La potencia total instalada del armario es la potencia sumada de cada uno de los tipos de aparta-mentos o unidades de vivienda que se agrupen en dicho armario, y se utiliza la ecuación (10):

STI =n∑

i=1

S(unidad de vivienda) [V A] (10)

STI=245680 [VA]

La potencia total diversi�cada dad por la ecuación (11):

STD = SDAG+ SDSEC + SDHOR [V A] (11)

* STD = Potencia total diversi�cada

* SDAG = Potencia diversi�cada alumbrado general

* SDSEC = Potencia diversi�cada secadoras

* SDHOR = Potencia diversi�cada hornos

se procede a hallar cada potencia diversi�cada, empezando por la de alumbrado general, las cualesse calculan en el apartado de cada tipo de vivienda, se aplica ecuacion (12).

S(Alumbradogeneral) =n∑

i=1

S(unidad de vivienda)[V A] (12)

SAGT = 161360 - i*12592 [VA]SAGT = 161850 [VA]

con el anterior valor se procede a obtener los porcentajes de demanda de la tabla 220-11 de la NTC2050 dados de la siguiente manera.

3000 [VA] al 100%3001 a 120000 [VA] al 35%Más de 120000 [VA] al 25%

con la aplicación de los anteriores valores de demanda se obtiene la potencia diversi�cada paraalumbrado general:

SDAG = 54712.5 [VA]

Por otra parte, para la diversi�cación de hornos y secadoras se aplican os factores de demanda delas tablas 220-18 y 220-19 NTC 2050,además se tiene en cuenta la cantidad de estos elementossiendo 24 hornos y 24 secadoras. Siendo las ecuaciones (13) y (14) para la potencia diversi�cadapara estos elementos:

SDHOR =n∑

i=1

STHOR ∗ factor de demanda [V A] (13)

SDHOR =n∑

i=1

STSEC ∗ factor de demanda [V A] (14)

31

SDHOR = 11160[VA]SDSEC = 16800 [VA]

Luego se aplica la ecuación (11) para hallar la portencia diversi�cada total para el armario demedidores de energía.

STD = 54712.5 + 12600 + 14880 [VA]STD = 82672.5 [VA]

Por último se aplica la ecuación (9) para la corriente nominal diversi�cada siendo:

IND = 397.46 [A]Protección = 400 [A]

Cabe resaltar que esta protecion es 400X2 [A], las cuentas son bifasicas.

∗ Se realiza el margen de error porcentual a la potencia total instalada de la viviendaA, debido

a que los cálculos para medidores de enrgía son con base a las unidades de vivienda,lo que

arroja un error relativo del 0.037935% y un error absoluto de 2.89

32

4.2.3. Ejemplos tableros de distribución para dispositivos y motores trifásicos

A continuación, se presentan ejemplos del funcionamiento de la aplicación SIMUL-LOAD R©, paraascensores, bombas de agua y bombas contra incendio, además se presentan diagramas de �ujopara entender esta sección vista en la �gura 19, �gura 20 y �gura 21.

Figura 19: Diagrama de �ujo ascensores en SIMUL-LOAD R©.

Figura 20: Diagrama de bombas de agua en SIMUL-LOAD R©.

Figura 21: Diagrama de �ujo bombas contra incendio en SIMUL-LOAD R©.

Para los siguientes ejemplos se dispone:

* 4 ascensores de 5000 [VA] c/u

* 4 bombas de agua, bombas de agua s de 4[HP], bombas de agua 2 de 3[HP] y 1 bombaeyectora de 2 [HP]

* 1 bomba contra incendio de 40 [HP] y 1 bomba jockey de 2 [HP]

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Ejemplo tablero distribución para ascensoresPara el caso de los ascensores la simulación en SIMUL-LOAD R©, se muestra en la �gura 22(a) y�gura 22(b).

(a) Simulación

(b) Resultados

Figura 22: Ventana para simular ascensores en SIMUL-LOAD R©.

Para el estudio de este ejercicio propuesto para ascensores, se toma un circuito en especí�co.- 4 ascensores cada uno de 5000 [VA] y fp de 0.9(-)

34

Primero se obtiene la potencia activa de un ascensor según la ecuación (15)

P = S ∗ Cosφ = 4500[W ] (15)

Luego se obtiene la corriente de línea de un ascensor según la ecuación (16):

IL =(P3φ)

(√

3) ∗ V l ∗ fp= 13,87[A] (16)

Ahora según la tabla 430-22.a de la NTC 2050 por ser el ascensor un servicio intermitente de debemultiplicar la corriente enterior por el 140%, obteniendo:

InD=19.43 [A]

Seguidamente para obtener los valores totales para los ascensores se realizan los siguientes cálculos:

S3 (φ) total=S3 ascensor1+S3 ascensor2+S3 ascensor3+S3 ascensor4 [VA]S3 (φ) total = 18000 - 8717.79 * i [VA]

luego con la ecuación (6) se obtiene la potencia aparente de los 4 ascensores:

S(ascensores) = 20000[VA]

Y usando la ecuación (16) se obtine la corriente de linea de los 4 ascensores y se multiplica por elfactor la tabla 430-22 de la NTC 2050, para servicio intermitente:

IL = 55.51[A]InD1 = 55.51 * 1.4 = 77.72 [A]

Por último, se aplica el factor de demanda para 4 ascensores es decir de 0.85

InD = 66.06 [A]Protección = 80 [A]

Esta es una protección 80X3 [A], cada linea con una protección de 80 [A] Para �nalizar esta secciónde ascensores se presenta a continuación los datos exportados a Excel en la Tabla 7.

No Ascensores Potencia[VA] P fase[VA] FP IN[A] Protección[A]4 5000 1666.66667 0.9 19.4300571 20# 5000 1666.66667 0.9 19.4300571 20# 5000 1666.66667 0.9 19.4300571 20# 5000 1666.66667 0.9 19.4300571 200 0 0 0 0 0

Tabla 7: Datos ascensores exportados a excel

A continuación en la �gura 23 se muestra el cuadro de cargas de los ascensores diseñado en excely procedemos a realizar las siguientes comparaciones.

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Figura 23: Cuadro de carga Ascensores

∗ Se toman los valores de IN Protección para evaluar el error calculado por el programa SIMUL-LOAD R©encontrando con un error relativo de 0.045213%, y un error absoluto de0.03.

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Ejemplo tablero distribución para bombas de aguaPara el estudio de este ejercicio propuesto para bombas de agua, se tiene:4 bombas de agua, dos(2) bombas de aguas de 4[HP],dos(2) bombas de agua de 3[HP] y una(1)bomba eyectora de 2 [HP] cada una con fp = 0.9(-)Para el caso de las bombas de agua y bombas eyectoras la simulación en SIMUL-LOAD R©, semuestra en la �gura 24(a) y �gura 24(b).

(a) Simulación

(b) Resultados

Figura 24: Ventana para simular ascensores en SIMUL-LOAD R©.

37

Primero se realiza la conversión de HP a W, multiplicando 746[W/HP]

* Bombas de 4 [HP] = 2984 [W]

* Bombas de 3 [HP] = 2238 [W]

* Bomba de 2 [HP] = 1492 [W]

Luego se obtienen las corrientes de línea para cada elemento tomado la ecuación (16):

IL1=9.203[A] (bomba de 4[HP])IL2=6.902[A] (bomba de 3[HP])IL3=4.601[A] (bomba de 2[HP])

Luego se aplican los valores de la tabla 430-22.a de la NTC 2050 por ser el ascensor un serviciointermitente de debe multiplicar esta corriente por el 140%.

InD1 = 12.88[A] (bomba de 4[HP])InD2 = 9.66[A] (bomba de 3[HP])InD3 = 6.44[A] (bomba de 2[HP])

Se procede a calcular la potencia total de las bombas de agua:

S3 (φ) T = S3 bomba1+S3 bomba2+S3 bomba3+Sbomba4+Sbomba5 [VA]S3 (φ) T = 11936-5780.86 * i [VA]

luego con la ecuación (6) se obtiene la potencia aparente de las bombas de agua

S(bombas de agua) = 13262.2[VA]

Luego se obtiene la corriente nominal multiplicando las anteriores corrientes por la cantidad deelementos:

IN = (InD1*2)+(InD2*2)+(Ind3)[A]IN = 51.537 [A]

Protección = 63 [A]

Para �nalizar esta sección de bombas de agua se presenta a continuación los datos exportados aExcel en la Tabla 8.

No Bombas de agua Potencia [VA] P fase [VA] FP IN [A] Protección [A]5 2238 828,888889 0,9 9,66321508 15# 2238 828,888889 0,9 9,66321508 15# 2984 1105,18519 0,9 12,88428868 15# 2984 1105,18519 0,9 12,88428868 15# 1492 552,59239 0,9 6,44214339 15# 0 0 0 0 0# 0 0 0 0 0# 0 0 0 0 0

Tabla 8: Datos bombas de agua exportados a excel

38

Acontinuación en la �gura 25 se muestra el cuadro de cargas teórico para las Bombas de Agua

Figura 25: Cuadro de carga de Bombas de Agua

∗ se realiza el margen de error porcentual a la corriente nominal, nos arroja un error relativodel 0.0332713% y un error absoluto de 0.00321508, un margen de error pequeño en

cuanto a los cuadros de carga para bombas de agua.

39

Ejemplo tablero distribución para bombas contra incendioPara �nalizar la sección de ejemplo se presenta bombas contra incendio, cuyas características:Bomba contra incendios de 40 [HP] con fp 0.9(-)Bomba jockey de 2 [HP] y fp 0.9(-)Para el caso de las bombas contra incendio en SIMUL-LOAD R©, se muestra en la �gura 26(a) y�gura 26(b).

(a) Simulación

(b) Resultados

Figura 26: Ventana de simulación bombas contra incendio en SIMUL-LOAD R©.

40

Primero se realiza la conversión de HP a W, multiplicando 746[W/HP] Bombas de 40 [HP] = 29840[W]Bombas de 2 [HP] = 1492 [W]Luego se obtienen las corrientes de línea para cada elemento tomado la ecuación (16):

IL1 = 92.031[A] (bomba de 40[HP])IL2 = 4.62 [A] (bomba de 2[HP])

Se procede a calcular la potencia total de las bombas contra incendio:

S3 (φ) T = S3 (φ) BCI+ S3 (φ) Bomba Jockey[VA]S3 (φ) T = 31332 - 15174.78 * i [VA]

luego con la ecuación (6) se obtiene la potencia aparente de la bomba contra incendio y bombajoyckey

S(BCI) = 34813.3[VA]

Usando la ecuacion (16) se obtiene:

IL = 96.632Protección = 100 [A]

Para �nalizar esta sección de bombas contra incendio se presenta a continuación los datos expor-tados a Excel en la Tabla 9.

No Bombas contraincendio

Potencia [VA] P fase [VA] FP IN [A] Protección [A]

2 29840 11051,8519 0,9 92,0306198 100# 1492 552.592593 0,9 4.60153099 15# 0 0 0 0 0# 0 0 0 0 0

Tabla 9: Datos bombas contra incendios exportados a excel

Por último se muestra en la �gura 27 el cuadro de cargas teórico para las Bombas contra incendio,para realizar contraste del error.

Figura 27: Cuadro de carga de bombas de agua contra incendio (BCI)

∗ Se toman los valores de corriente para realizar el error abosluto y relativo.se obtienen los siguientes datos:un error relativo de 0.00225799% y un error absoluto de 0.00215079

41

4.2.4. Ejemplo tablero distribución general de zonas comunes (TGZC)

Se continua con el proyecto propuesto.Para el tablero de distribución general de zonas comunes, se tienen las siguientes cargas:

* Tablero distribución de zonas comunes (recepción, luminarias perimetrales, iluminación pa-sillos, salón comunal, otros).

* Tablero distribución para ascensores(4 ascensores a 5000[VA] Y fp de 0.9(-)).

* Tablero distribución para bombas de agua(4 bombas de agua, 2 de 4 [HP], 2 de 3[HP] y unabomba eyectora de 2[HP]).

∗ Para este ejemplo, se toman los resultados obtenidos en los anteriores ejemplos para bombasde agua y ascensores, �gura (22) y �gura (24).

∗ para las cargas proyectadas del tablero de distribución para zonas comunes, se toma lasimulación realizada en SIMUL-LOAD R©, teniendo en cuenta que los cálculos sonlos mismos que en el ejemplo para el tablero de distribución para unidades devivienda.

A continuación se presenta en la �gura (28) la simulación para el tablero distribución de zonascomunes (carga propuesta para el TGZC)

Figura 28: simulación tablero distribución zonas comunes en SIMUL-LOAD R©.

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Luego de tener todos los datos bombas de agua, ascensores, y zonas comunes, se realiza unaasignación de circuitos en uno de los TGZC y se ubican según la �gura 29.

Figura 29: simulación tablero distribución general zonas comunes en SIMUL-LOAD R©.

Luego de asignar los circuitos que va a contener el tablero general de zonas comunes, se exporta aExcel y obtener los datos. La exportación a Excel se muestra en la �gura 30 a continuación:

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Figura 30: Datos exportados a excel tablero distribución general zonas comunes en SIMUL-LOAD R©.

∗ Para el caso del TGZC no se realiza cálculos de errores relativo y absoluto debidoa que es una sumatoria de cargas, por ende no in�uyen estos cálculos, en laefectividad del proceso.

4.2.5. Ejemplo tablero distribución general de acometidas (TGA)

Para el tablero de distribución general de acometidas, se tienen las siguientes cargas:

* Tablero armario de medidores(24 cuentas)

* Tablero distribución de zonas comunes (recepción, luminarias perimetrales, iluminación pa-sillos, salón comunal, otros).

* Tablero distribución para ascensores(4 ascensores a 5000[VA] Y fp de 0.9(-)).

* Tablero distribución para bombas de agua(4 bombas de agua, 2 de 4 [HP], 2 de 3[HP] y unabomba eyectora de 2[HP]).

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∗ Para este ejemplo, se toman los resultados obtenidos en los anteriores ejemplos para bombasde agua, ascensores, zonas comunes, y el armario medidores de energía, �gura (17) ,�gura(22), �gura (24) y �gura (28).

Luego de tener todos los datos del armario de medidores, bombas de agua, ascensores, y zonascomunes, se realiza una asignación de circuitos en uno de los TGA y se ubican según la �gura 31.

Figura 31: simulación tablero distribución general de acometidas en SIMUL-LOAD R©.

Luego de asignar los circuitos que va a contener el tablero general de acometidas, se exporta aExcel y obtener los datos. La exportación a Excel se muestra en la �gura 32 a continuación:

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Figura 32: Datos exportados a excel tablero distribución general acometidas en SIMUL-LOADR©.

∗ Para el caso del TGA no se realiza cálculos de errores relativo y absoluto debidoa que es una sumatoria de cargas, por ende no in�uyen estos cálculos, en laefectividad del proceso.

4.2.6. Ejemplo regulación de tensión

Para este ejemplo se toma directamente el ejemplo 1 del boletín informativo de Centelsa llama-do: RETIE: REGULACIÓN DE TENSIÓN EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS". Un circuitoalimentador maneja una carga continua de 34 amperios. El sistema es trifásico a 220V formadopor tres conductores de cobre THHN/THWN CENTELSA calibre 2 AWG, en un tubo conduitde PVC. La longitud del circuito es de 200 m y el factor de potencia es de 85%. Determinar elporcentaje de caída de tensión aproximada para este circuito, con respuesta de 3.2%. [8]

Utilizando la aplicación SIMUL-LOAD R©, se ingresan los datos y se simula según la �gura 33.

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Figura 33: simulación regulación de tensión en SIMUL-LOAD R©.

Ahora bien, los cálculos y aspectos que se tienen en cuenta para llegar a este resultado son enu-merados a continuación:

1. Según la tabla 9 de la NTC 2050 se obtiene los valores de resistencia y reactancia, para estecaso de un conductor calibre 2 AWG.

R c.a. = 0.623 ohm/KmX c.a. = 0.148 ohm/Km

2. Se obtiene la Z e�caz del conductor de la ecuación (17)

Zeff = R ∗ cos(φ) +X ∗ (φ) (17)

Ze� = 0.623 ohm/Km

3. Luego se obtiene la caída de tensión de fase a fase de la ecuación (18)

∆V =√

3 ∗ Zeff ∗ L ∗ I[V ] (18)

∆V = 7,33[V ]

4. Por último, se encuentra el porcentaje de caída de tensión Regulacin = (∆V/V r) ∗ 100 %Regulacin = 3,33 %

∗ Asi se obtienen los siguientes datos:un error relativo de 3.125% y un error absoluto de 0.1

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4.2.7. Factor de ocupación

Para la sección factor de ocupación, se tiene como base la tabla 1. Sección transversal de tubosconduits y tuberías para el llenado de conductores, tabla 4, dimensiones y porcentajes de la secciónde los tubos y tuberías [2].Para el cálculo del factor de ocupación se tienen las ecuaciones (19),(20) Y (21):

Areadelconductor = π ∗ (secciontransversal) (19)

FO =

∑areadelosconductores

readelducto(20)

Areadelducto =

∑areasdelosconductores

FO(21)

las cuales son utilizados en la aplicación SIMUL-LOAD R© en la sección factor de ocupación yempleadas en el siguiente ejemplo:

* ¾Cuál es el número máximo de conductores calibre 12 que ingresan por un ducto de mediapulgada?

Se procede a simular esto en SIMUL-LOAD R© en la �gura 34.

Figura 34: simulación regulación de tensión en SIMUL-LOAD R©.

∗ Para el caso de factor de ocupación no se realiza cálculos de errores relativo y absoluto debido

a que no in�uyen en la selección del diametro del ducto.

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5. Conclusiones

* Se realiza una aplicación computacional para Universidad Distrital Francisco José de Caldas,enfocada en la construcción de cuadros de carga para tableros de distribución de uso residen-cial cuya interfaz es diseñada bajo normatividad colombiana (RETIE, NTC 250 y normas deconstrucción CODENSA).

* Se veri�co el buen funcionamiento de la aplicación computacional SIMUL-LOAD R©, me-diante un caso de estudio propuesto por los realizado y veri�cado entre docentes directores,realizadores y los estudiantes de las asignaturas instalaciones e iluminación para tecnologíaen electricidad o instalaciones eléctricas para el proyecto curricular de sistemas eléctricos demedia y baja tensión de la Universidad distrital Francisco José de Caldas facultad tecnoló-gica.

* Se realizó el manual de funcionamiento de la aplicación computacional SIMUL-LOAD R©, elcual contiene aspectos normativos, ventanas (interfaz) y ejemplos explicativos para cada unade las secciones de la aplicación.

* Se observa de manera considerable el impacto que tiene la aplicación computacional SIMUL-LOAD R©, según la encuesta realizada, debido a agilizar los cálculos en la construcción decuadros de carga para tableros de distribución de uso residencial.

* Se contesta la pregunta planteada en la propuesta de este proyecto de grado ¾Es posiblecrear una herramienta computacional, enfocada en los cuadros de carga para el diseño eléc-trico residencial? cuya respuesta es de manera a�rmativa y se evidencia en la aplicacióncomputacional SIMUL-LOAD R©.

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6. Bibliografía

Referencias

[1] Instalaciones eléctricas - EcuRed, Ecured.cu, 2017. [Online]. Available:https://www.ecured.cu/Instalaciones_el%C3%A9ctricas. [Accessed: 19- Sep- 2017].

[2] Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas, RETIE. Bogotá, 2013.

[3] Código Eléctrico Colombiano (NTC 2050). Bogotá: Instituto colombiano de normas técnicasy certi�cación (ICONTEC), 1998.

[4] Codensa Likinormas, normas técnicas de construcción eléctrica, Likinormas.micodensa.com,2017. [Online]. Available: http://likinormas.micodensa.com/. [Accessed: 19- Sep- 2017].

[5] ¾Qué es el RETIE?, Codensa.com.co, 2017. [Online]. Available:https://www.codensa.com.co/preguntas-frecuentes/Residencial/Energia/Normatividad-y-seguridad/Que-es-el-RETIE. [Accessed: 19- Sep- 2017].

[6] 2017. [Online]. Available: http://www.legrand.com.co/images/folletos/Lista-Precios-Dispositivos-y-aparatos-Electricos-Legrand-2015.pdf. [Accessed: 19- Sep- 2017].

[7] 2017.[Online].Available:http://pendientedemigracion.ucm.es/centros/cont/descargas/documento11541.pdf/.[Accessed:19- Sep- 2017].

[8] 2017.[Online].Available: http://www.centelsa.com.co/archivos/3d6c0e37.pdf.

7. Anexos

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