Entrada destacada de hoy

Consideraciones sobre las limitaciones de los análisis termográficos

sábado, 3 de noviembre de 2018

Ejemplo de diseño eléctrico de una Planta Industrial (Parte 1ª)



Este post es continuación del publicado con el título “Procedimiento para el diseño eléctrico de una Planta Industrial”  (Partes 1ª y 2ª), disponibles respectivamente en los links:


Es imprescindible su lectura para poder entender las 3 partes que ahora se publican con el título “Ejemplo de diseño eléctrico de una Planta Industrial”.

1.7. Ejemplo de aplicación

Se propone estudiar el suministro de energía a una planta de producción industrial cuyo plano de ubicación se muestra en la figura 1-1.

El análisis de las especificaciones y el pliego de condiciones del caso resaltan las limitaciones y los datos básicos necesarios para el estudio del proyecto.

El objetivo no es presentar un estudio detallado, sino destacar los métodos de resolución de problemas relacionados con el proyecto.

Esta es la razón por la cual algunas etapas no se abordan con detalle.

1.7.1. Descripción de la instalación

La planta industrial a alimentar eléctricamente es una fábrica que se extiende en un área de 26 hectáreas, se compone de varios edificios:
  • unidad de recepción-preparación
  •  proceso de producción
  • almacén
  • unidad de expedición de material
  • taller de reparaciones
  • unidad de purificación de agua
  • edificio administrativo

Situados en el interior de fábrica y en dos edificios exteriores se encuentran:
  • unidad de extracción
  • estación de bombeo.


Figura 1.1: Plano de ubicación de la instalación

1.7.2. Recopilación de datos

Solo se presentan los datos útiles de las partes estudiadas.

• Potencia de los equipos

Se ha llevado a cabo un balance de potencias, cuyos resultados se muestran en la Tabla 1-3.

Las características de los motores de MT se dan en la Tabla 1-1:


(1) Pm: Potencia mecánica
      P: Potencia eléctrica
Tabla 1.1: Características de los motores de MT

• Equipos perturbadores

En la unidad de producción, se instalan dos variadores de velocidad para motores asíncronos, cuyas características se muestran en la Tabla 1-2.


Tabla 1.2: Características de los variadores de velocidad

• Limitaciones impuestas por el proceso industrial

□ Tiempos de parada tolerados  

El tiempo de parada permisible se define de la siguiente manera:
  • no se toleran interrupciones para algunos motores vitales, control de procesos e iluminación de seguridad; potencia total de 250 kVA
  • la unidad de producción tolera una parada de 10 s
  • la planta tiene una autonomía de materia prima y capacidad de almacenamiento de 8 horas, por lo que se permite una parada larga en las unidades receptora-preparación, almacén y expediciones.

□ Cargas deslastrables

Las cargas que se pueden deslastrar en caso de un fallo de la red pública de distribución de energía eléctrica, sin afectar la producción, representan:
  • el 50% de la unidad de recepción-preparación
  • el 60% de la unidad de almacenamiento
  • el 60% de la unidad de expediciones.

• Limitaciones de la red de distribución
  • Potencia de cortocircuito igual a 200 MVA en una red aérea de 20 kV
  • Corriente de defecto a tierra limitada a 300 A
  • continuidad de servicio promedio:
  1. cortes breves: 50 a 100 por año
  2. cortes largos: de 10 a 20 por año.

  • las demás características cumplen con la norma EN 50160.

Ver post: “Características de la alimentación suministrada por las redes de distribución pública” en el siguiente link:

1.7.3. Elaboración de un primer esquema unifilar

• Balance de Potencias (ver tabla 1-3)

El balance de potencias activa y reactiva se indica para cada unidad en función de las potencias instaladas después de la aplicación de los factores de utilización y simultaneidad. Para la determinación de la potencia total de la instalación, se aplica un factor de simultaneidad global de 0,9 a la suma de las potencias de cada unidad.



Tabla 1.3: Balance de potencias de la fábrica

• Elección de tensiones

□ Tensión de suministro del distribuidor

La tensión de 20 kV de la red de distribución pública es adecuada para la demanda de energía de la planta, que es de alrededor de 5 MVA. La potencia de cortocircuito de 200 MVA es 400 veces la potencia del receptor más grande. Cualquier perturbación generada por los receptores probablemente no perturbe la red de distribución pública.

□ Tensiones de distribución

La elección de una tensión de distribución en MT de 5.5 kV resulta de:
  • la presencia de 6 motores de MT distribuidos por la fábrica (ver Tabla 1-3)
  • potencias por cada unidad
  • la extensión de la fábrica, distancias que varían entre 300 m y 1000 m.

Para baja tensión, una tensión trifásica de 400 V es suficiente para alimentar los receptores más grandes.

• Fuentes de energía

□ Fuente principal

El suministro de energía a la planta es proporcionado  por dos líneas de 20 kV normal/auxiliar de dos fuentes diferentes (desde la misma subestación de la compañía distribuidora pero por dos transformadores distintos).

□ Fuente alternativa

En caso de un fallo de la red pública, el suministro de energía a la planta será provisto por una fuente alternativa conectada a la barra colectora de 5.5 kV en la subestación de planta. Esta fuente suministrará, aislada de la red pública, las cargas no deslastrables durante los periodos con picos de carga o indisponibilidad de las líneas de 20 kV de la distribuidora.

Se acoplará a la red pública durante los días u horas punta de la compañía distribuidora, con el fin de ahorrar dinero en la factura de energía.

□ Fuentes de emergencia

Para garantizar la seguridad de las personas y los bienes, se ha previsto un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) para los siguientes receptores vitales:
  • 200 kVA para el sistema de control de la producción
  • 50 kVA para el alumbrado de emergencia.

La fuente de alimentación de este SAI estará compuesta por un grupo electrógeno de 250 kVA conectado  al cuadro de BT de la unidad de producción, con el fin de compensar la limitada autonomía de las baterías de acumuladores (10 a 30 min).

• Elección de los regímenes de neutro

□ En media tensión

La presencia de motores en MT obliga a limitar la corriente de falta a tierra a 30 A en la red de 5,5 kV. Se opta por un neutro puesto a tierra con resistencia de limitación.

□ En baja tensión
  • Proceso de producción: los requisitos sobre la continuidad del servicio obligan a la elección de neutro aislado (IT). Para la iluminación, se utiliza un transformador BT/BT para cambiar al régimen de tierra TT.
  • Para el resto de la instalación, se opta por el régimen de neutro TT, en particular para evitar dañar los motores en caso de una falta a tierra.
• Estructura de la red

Los datos y los elementos determinados previamente permiten establecer un primer esquema unifilar (ver Fig. 1-2).

□ Subestación de planta

La Subestación de planta está alimentada por dos líneas de 20 kV procedentes de la compañía distribuidora; dos transformadores de cabecera de 20 kV / 5.5 kV suministran energía a una barra colectora de 5.5 kV con acoplamiento.

□ Red interna
  • proceso de producción; esta parte de la instalación se alimentará en doble antena con acoplamiento en MT y BT.
  • las unidades de recepción-preparación, almacén y expediciones se alimentan en simple antena.
  • El resto de las unidades se alimentarán en bucle abierto debido a las importantes distancias.

Figura 1.2: Esquema unifilar de la instalación

1.7.4. Estudios técnicos y validación del esquema unifilar

• Elección de transformadores

A falta de conocer las curvas de carga de la instalación, los transformadores se eligen en función del balance de potencias de la instalación.

Las características de los transformadores se muestran en la figura 1.2.

• Elección de alternadores

La potencia auxiliar se determina a partir del balance de potencias en el punto de entrega desde el cual sustraemos las cargas deslastrables  aplicando el factor de simultaneidad global:


• Cálculo de corrientes de cortocircuito

Las corrientes de cortocircuito, se han calculado utilizando el software SELENA (Schneider Electric) para las diferentes configuraciones de las fuentes:
  •  red alimentada solo por el distribuidor
  • red alimentada solo por alternadores
  • red alimentada por los alternadores acoplados al distribuidor.

El método de cálculo utilizado está de acuerdo con la norma  IEC 60909.

• Determinación de la sección de los conductores

El estudio está limitado a la distribución de 5.5 kV.

□ Características de los conductores

La distribución eléctrica consta de 3 cables unipolares de 6/10 (12) kV de cobre aislados con PR, colocados directamente en canaletas cerradas a una temperatura de 30°C. Las canalizaciones no comprenden agrupaciones de varios circuitos.


Figura 1.3: Tipo de instalación de cables

Los factores de corrección a aplicar para este tipo de instalación son:
  • por el tipo de instalación: 0.8
  • por temperatura ambiente de 30 ºC: 1
  • por agrupación de varios circuitos: 1

El factor de corrección general es 0 8

Unidad de producción: canalizaciones eléctricas C01 y C02

Determinación de la corriente máxima de utilización IB

Las canalizaciones eléctricas C01 y C02 se pueden auxiliar mutuamente en caso de emergencia, por lo que deben ser capaces de conducir individualmente toda la corriente de la barra colectora JDB2. La Tabla 1-5 muestra el balance de potencias en JDB2 suponiendo que el transformador tiene un cos ϕ = 0,85.


TABLA 1.5: Balance de potencias en el juego de barras JDB2

La corriente máxima de servicio es por tanto:


La corriente equivalente que el cable debe poder conducir en las condiciones normales de servicio es:


Para una corriente admisible de I0 = 550 A, la tabla 1.6 (columna 3, PR en cobre) da una sección mínima  S1 = 185 mm2

Tabla 1.6 : Corrientes admisibles en cables constituidos por tres cables unipolares con tensiones nominales de hasta 6/10 (12) kV




Continua en: Ejemplo de diseño eléctrico de una Planta Industrial (Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2018/11/ejemplo-de-diseno-electrico-de-una_5.html




1 comentario:

  1. ¡Wow! Este artículo sobre el diseño eléctrico de una planta industrial es genial. Me encantó cómo aborda cada detalle y los métodos para resolver los problemas. Un trabajo excelente al proporcionar información clara y útil. ¡Estoy ansioso por leer las próximas partes!

    ResponderEliminar