Calculo_Estudio_y_Diseno_de_Instalacione.pdf - Manual de Agua Potable Alcantarillado y Saneamiento C\u00e1lculo Estudio y Dise\u00f1o de Instalaciones

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N PT 00 Eq 1.6 uíp TC ’s o de de C.F me .E dic . ió Fre nte 6 2 D1 n 3 7 1 D3 D4 14 0 00 CC Reg M is 1.6 Al tr o 3 4 D2 6 Dia gra m 1 2 3 33 3 kV 10 D1 8 90 0 0 CCM LSL M nc de A planta to tratamien un 5 lia r ia D2 mín im 27 a 28 0 D3 cm 29 0 1 0 D4 2 6 33 6 3 1 D5 D5 11 15 0 15 0 0 r Analizado Registro ta 3 1 46 8 PSL a ifi Dis Lis 1 ta 2 .- T de 3 .- A ran eq 4 .- C part sfo uip 5 .- P ort arr rm os 6 .- C oste acir ay ado y m cu os r ate 7.- .- C ruc ito ria Ca able eta fu le ble d s sib es ais n le la udo do (B (AT T) ) ra h i che TTrin n N.. mín N or o colect Cárcam negras de aguas comisión nacional del agua Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento Cálculo, Estudio y Diseño de Instalaciones Eléctricas Comisión Nacional del Agua Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento Cálculo, Estudio y Diseño de Instalaciones Eléctricas ISBN: 978-607-626-020-3 D.R. © Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales Boulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines en la Montaña C.P. 14210, Tlalpan, México, D.F. Comisión Nacional del Agua Insurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El Bajo C.P. 04340, Coyoacán, México, D.F. Tel. (55) 5174•4000 Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento Impreso y hecho en México Distribución gratuita. Prohibida su venta. Queda prohibido su uso para fines distintos al desarrollo social. Se autoriza la reproducción sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando la fuente Con t e n i d o Presentación XI Objetivo general XIII Antecedentes XV 1. Instrumentos de gestión 1 1.1. Marco jurídico 2 1.2. Marco normativo 3 2. Estructura del proyecto eléctrico 5 2.1. Lineamientos generales 5 2.2. Normas aplicables 5 2.3. Diseño estructural 5 2.4. Alcance de los trabajos eléctricos 6 2.4.1. Lineamientos 2.4.2. Actividades, estudios y memorias de cálculo, planos, documentos y 6 especificaciones, catálogo de conceptos y presupuesto base 6 2.4.3. Documentos y especificaciones 9 2.4.4. Catálogo de conceptos 10 2.4.5. Presupuesto base 10 2.5. Contenido de especificaciones 10 2.6. Alcance de los documentos técnicos – administrativos 10 2.6.1. Alcance de los trabajos y suministros 11 2.7. Condiciones generales 11 2.8. Notas electromecánicas generales 11 3. Planeación del sistema eléctrico 15 3.1. Introducción 15 3.2. Conceptos generales para instalaciones eléctricas en los sistemas de bombeo, pozos, plantas potabilizadoras, de tratamiento y desaladoras 15 3.2.1. Bases generales de diseño 16 3.2.2. Bases específicas de diseño 16 3.3. Determinación de centros de carga 18 3.4. Selección de tensiones 18 3.4.1. Clasificación 18 3.4.2. Tensiones normalizadas 19 3.5. Sistemas de distribución 19 3.5.1. Descripción de los sistemas más utilizados para el suministro de energía eléctrica en plantas industriales 19 3.5.2. Determinación de centros de carga 21 3.5.3. Arreglos básicos (diagramas) 23 III 3.6. Sistema de aire acondicionado 25 3.6.1. Base de diseño 25 3.6.2. Memoria de cálculo 25 3.6.3. Planos de diseño 25 3.7. Recomendaciones 27 3.7.1. Suministro de energía eléctrica 27 3.7.2. Coordinación con otras áreas de ingeniería 28 3.8. Cercados y bardas 29 3.8.1. Elementos estructurales en bardas 29 3.8.2. Muros en bardas 30 3.8.3. Portones vehiculares 30 3.8.4. Cercas 30 4. Métodos de cálculo del sistema de fuerza 35 4.1. Introducción 35 4.2. Cálculo de cortocircuito 35 4.2.1. Cortocircuito trifásico 35 4.2.2. Cortocircuito monofásico 37 4.2.3. Ejemplo de aplicación 43 4.3. Cálculo y selección de conductores eléctricos 47 4.3.1. Cables de energía 47 4.3.2. Cables de baja tensión 53 4.3.3. Ejemplo de aplicación para cables de baja tensión 58 4.3.4. Ejemplo de aplicación para cables de media tensión 60 4.4. Caída de tensión al arranque de motores 62 4.4.1. Métodos de arranque 62 4.4.2. Procedimiento de cálculo 63 4.4.3. Ejemplo de aplicación 66 4.5. Factor de potencia 69 4.5.1. Introducción 69 4.5.2. Determinación del factor de potencia 69 4.5.3. Procedimiento de cálculo para corrección del factor de potencia por capacitores 74 4.5.4. Ejemplo de aplicación 76 4.6. Cálculo y selección de reactores limitadores de corriente 79 4.6.1. Criterios básicos de selección 79 4.6.2. Método de cálculo 79 4.6.3. Ejemplo de aplicación 81 4.7. Banco de capacitores 83 4.7.1. De 600 volts y menos 84 4.7.2. De más de 600 volts 85 IV 5. Canalizaciones eléctricas 113 5.1. Introducción 113 5.2. Tipos de canalizaciones 113 5.2.1. Por su construcción 113 5.2.2. Por su instalación 114 5.3. Factor de relleno 114 5.3.1. Tubería 114 5.3.2. Charolas 115 5.3.3. Ducto metálico 116 5.4. Banco de Tuberías 116 5.4.1. Número de tuberías 116 5.4.2. Usos permitidos 116 5.4.3. Soportería 118 5.4.4. Profundidad 119 5.5. Registros eléctricos 122 5.6. Tubería conduit de pvc 124 5.6.1. Clasificación 124 5.7. Ejemplos de aplicación 126 5.7.1. Tubería 126 5.7.2. Charolas 126 5.7.3. Ductos 127 6. Protecciones 133 6.1. Introducción 133 6.2. Dispositivos de protección de sobrecorriente 134 6.2.1. Fusibles 134 6.2.2. Interruptores automáticos 138 6.2.3. Relevadores 141 6.3. Transformadores de instrumentos 144 6.3.1. Transformadores de corriente 144 6.3.2. Ejemplo de selección de los transformadores de corriente 146 6.3.3. Transformadores de potencial 148 6.4. Protección de equipo 149 6.4.1. Protección de transformadores 149 6.4.2. Protección de motores 152 6.4.3. Protección de alimentadores 153 6.5. Coordinación de dispositivos de protección de sobrecorriente 158 6.5.1. Requerimientos mínimos de coordinación de protecciones de sobrecorrientes 158 6.5.2. Interpretación de curvas de operación de dispositivos de sobrecorriente 163 6.6. Coordinación de aislamiento 164 6.6.1. Determinación de las tensiones de aguante requeridas 164 6.6.2. Lista de tensiones de aguante nominales normalizadas a 60 Hz 165 V 6.6.3. Categorías de tensiones máximas de los equipos 165 6.6.4. Pasos de la coordinación de dispositivos de sobrecorriente 165 6.7. Ejemplo de aplicación 175 6.7.1. Selección de la escala de corrientes 175 7. Sistema de tierras 187 7.1. Introducción 187 7.2. Procedimiento para el cálculo del sistema de tierras 187 7.2.1. Características del terreno 187 7.2.2. Corriente máxima de falla a tierra 188 7.2.3. Calibre mínimo del conductor de la red de tierras 189 7.2.4. Diseño preliminar de la red de tierras 190 7.2.5. Número de electrodos requeridos 192 7.2.6. Tipos de electrodos 192 7.2.7. Longitud mínima del conductor requerido en la red de tierras 194 7.2.8. Resistencia de la red de tierras 194 7.2.9. Cálculo del máximo aumento de Tensión en la red de tierras 195 7.2.10. Cálculo de tensiones tolerables 195 7.2.11. Cálculo de tensiones probables 195 7.2.12. Condiciones de seguridad 195 7.3. Conductor de puesta a tierra de equipos 7.3.1. Sección transversal de los conductores de puesta a tierra para canalizaciones 197 y equipo 197 7.3.2. Sección transversal del conductor del electrodo de puesta a tierra de un sistema de corriente alterna 199 7.3.3. Conexión de puesta a tierra de un equipo 200 7.3.4. Conductor de tierra en apartarrayos 204 7.4. Procedimiento para el cálculo de pararrayos (tipo bayoneta o punta) 205 7.5. Ejemplos de aplicación 207 7.5.1. Ejemplo de red de tierras con electrodos 207 7.5.2. Ejemplo de protección por pararrayos 210 8. Sistemas de control 213 8.1. Introducción 213 8.2. Consideraciones generales 213 8.3. Equipos de control 213 8.3.1. Generalidades 213 8.3.2. Equipos auxiliares de control 214 8.3.3. Cables de control 218 8.3.4. Tableros de control 219 8.3.5. Controladores de motores 220 VI 8.4. Control supervisorio 223 8.4.1. Requisitos generales 223 8.4.2. Arquitectura SCADA 226 8.5. Diagramas lógicos de control 230 8.6. Diagramas de control eléctrico 230 8.7. Ejemplos de sistemas de control 232 8.7.1. Arranque y paro de motor 232 8.7.2. Secuencia de arranque 232 8.7.3. Transferencia 233 8.7.4. Control de nivel en tanque elevado 237 8.7.5. Conexión y desconexión por baja presión, bajo nivel y baja calidad del agua 239 8.7.6. Control de retrolavado de filtros 240 8.7.7. Circuito alternador 242 8.8. Instrumentos de medición 245 9. Sistemas de emergencia 247 9.1. Introducción 247 9.2. Consideraciones eléctricas 247 9.2.1. Determinación del tipo de carga 247 9.2.2. Características eléctricas de los equipos 248 9.2.3. Otras cargas 248 9.3. Procedimiento para determinar la capacidad de una planta de emergencia (motogenerador) 249 253 9.4. Procedimiento de cálculo del banco de baterías 9.4.1. Datos básicos 253 9.4.2. Banco de baterías 253 9.4.3. Cálculo del banco de batería plomo-ácido 254 9.4.4. Cálculo del banco de batería Níquel-Cadmio 255 9.5. Cargador de baterías 256 9.5.1. Funciones del cargador 256 9.5.2. Cálculo del cargador de baterías 256 9.6. Ejemplos de aplicación 257 9.6.1. Ejemplo de planta de emergencia (motogenerador) 257 9.6.2. Ejemplo de la selección de baterías plomo-ácido 260 9.6.3. Ejemplo de selección batería níquel cadmio 262 9.6.4. Ejemplo de selección de cargador de baterías 262 9.7. Sistema de energía ininterrumpible 263 9.7.1. Datos técnicos requeridos de una planta de emergencia 263 9.7.2. Sistema de doble conversión 264 9.7.3. Sistema de modulación por ancho de pulso (PWM) 264 VII 9.7.4. Características generales de selección 264 9.7.5. Altitud de operación 265 9.7.6. Operación 265 9.7.7. Capacidades 266 9.7.8. Instrumentos de medición, protección, alarmas y señalización 266 9.8. Alumbrado y circuitos de emergencia 267 9.8.1. Circuitos de sistemas de emergencia para alumbrado y fuerza 267 9.8.2. Control para los circuitos de alumbrado de emergencia 268 9.8.3. Ubicación de los interruptores 269 9.8.4. Protección contra sobrecorriente 270 9.9. Sistema contra incendios 271 9.10. 272 Sistema de alarmas 9.10.1. Alarmas audibles en campo 273 9.10.2. Alto parlantes (bocinas) 273 9.10.3. Estaciones manuales de alarma 274 9.10.4. Pruebas 274 10. Sistemas de alumbrado 281 10.1. Introducción 281 10.2. Procedimiento para el cálculo de alumbrado 281 10.2.1. Nivel de iluminación recomendado 281 10.2.2. Área de tableros 284 10.3. Alumbrado para exteriores 290 10.4. Método de cálculo de los lúmenes 290 10.5. Alumbrado en subestaciones eléctricas 291 10.6. Método del cálculo para alumbrado localizado 293 10.7. Método de cavidad zonal 296 10.7.1. Ejemplo de aplicación por el método de los lúmenes 297 10.7.2. Ejemplo de aplicación para alumbrado localizado 299 11. Arreglos físicos 307 11.1. Introducción 307 11.2. Arreglos de conjunto 307 11.3. Subestaciones eléctricas 308 11.3.1. Consideraciones generales 308 11.3.2. Características del diagrama de conexiones 308 11.3.3. Características normativas 308 11.3.4. Tipos de acometida 309 11.3.5. Características específicas de arreglos físicos 310 VIII 11.4. Distribución de fuerza 312 11.4.1. Consideraciones generales 312 11.4.2. Características específicas de tableros 314 11.4.3. Compresores 316 11.4.4. Sistemas auxiliares 318 Conclusiones 341 Anexos A. Problemas 343 B. Factibilidad de suministro de energía eléctrica 351 C. Listado de normas de cálculo, estudio y diseño de instalaciones eléctricas 359 D. Glosario 371 E. Simbología 387 F. Notas aclaratorias 393 G. Bibliografía 395 Índice de ilustraciones 396 Índice de tablas 400 Contenido alfabético 404 IX P r e se n tac ión Uno de los grandes desafíos hídricos que enfrentamos a nivel global es dotar de los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento a la población, debido, por un lado, al crecimiento demográfico acelerado y por otro, a las dificultades técnicas, cada vez mayores, que conlleva hacerlo. Contar con estos servicios en el hogar es un factor determinante en la calidad de vida y desarrollo integral de las familias. En México, la población beneficiada ha venido creciendo los últimos años; sin embargo, mientras más nos acercamos a la cobertura universal, la tarea se vuelve más compleja. Por ello, para responder a las nuevas necesidades hídricas, la administración del Presidente de la República, Enrique Peña Nieto, está impulsando una transformación integral del sector, y como parte fundamental de esta estrategia, el fortalecimiento de los organismos operadores y prestadores de los servicios de agua potable, drenaje y saneamiento. En este sentido, publicamos este manual: como una guía técnica especializada, que contiene los más recientes avances tecnológicos en obras hidráulicas y normas de calidad, con el fin de desarrollar infraestructura más eficiente, segura y sustentable, así como formar recursos humanos más capacitados y preparados. Estamos seguros de que será de gran apoyo para orientar el quehacer cotidiano de los técnicos, especialistas y tomadores de decisiones, proporcionándoles criterios para generar ciclos virtuosos de gestión, disminuir los costos de operación, impulsar el intercambio de volúmenes de agua de primer uso por agua tratada en los procesos que así lo permitan, y realizar en general, un mejor aprovechamiento de las aguas superficiales y subterráneas del país, considerando las necesidades de nueva infraestructura y el cuidado y mantenimiento de la existente. El Gobierno de la República tiene el firme compromiso de sentar las bases de una cultura de la gestión integral del agua. Nuestros retos son grandes, pero más grande debe ser nuestra capacidad transformadora para contribuir desde el sector hídrico a Mover a México. Director General de la Comisión Nacional del Agua XI Ob j et i vo ge n e r a l El Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento (MAPAS) está dirigido a quienes diseñan, construyen, operan y administran los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento del país; busca ser una referencia sobre los criterios, procedimientos, normas, índices, parámetros y casos de éxito que la Comisión Nacional del Agua (Conagua), en su carácter de entidad normativa federal en materia de agua, considera recomendable utilizar, a efecto de homologarlos, para que el desarrollo, operación y administración de los sistemas se encaminen a elevar y mantener la eficiencia y la calidad de los servicios a la población. Este trabajo favorece y orienta la toma de decisiones por parte de autoridades, profesionales, administradores y técnicos de los organismos operadores de agua de la República Mexicana y la labor de los centros de enseñanza. XIII A n t ec e de n t e s Para cumplir con su objetivo, el Manual de agua potable, alcantarillado y saneamiento (MAPAS) está estructurado en cinco módulos, los cuales están organizados de acuerdo a funciones específicas dentro del organismo operador. El Módulo tres Proyectos de agua potable, alcantarillado y saneamiento incluye 32 libros de diseño para los distintos elementos que intervienen en el proceso de producción y distribución de agua potable, así como de la captación, desalojo y tratamiento de aguas residuales. Específicamente, dentro de este módulo el MAPAS ofrece cuatro libros enfocados al diseño, selección e instalación de los equipos electromecánicos, los cuales son: Libro 15. Cálculo, estudio y diseño de instalaciones mecánicas Libro 16. Cálculo, estudio y diseño de instalaciones eléctricas Libro 17. Selección de equipo y materiales electromecánicos Libro 18. Instalación y montaje de equipo electromecánico Por su parte el módulo cuatro Operación y mantenimiento cuenta con 14 libros que presentan procedimientos y recomendaciones para la operación y mantenimiento de redes de agua potable, alcantarillado y sistemas de tratamiento. Dentro de estos dos libros están enfocados al mantenimiento y optimización de los elementos y materiales electromecánicos, estos son: Libro 41. Eficiencia energética, uso eficiente y ahorro de la energía Libro 43. Pruebas, Puesta en Servicio, Operación y Mantenimiento de Equipo y Materiales Electromecánicos Estos seis libros se interrelacionan y se complementan entre sí y con los 49 libros restantes del manual, por lo que para una correcta interpretación de la información contenida en estos, se debe considerar de forma integral el contenido de los seis libros. Con el presente documento se dan a los Organismos Operadores las recomendaciones básicas para diseñar y seleccionar los diferentes elementos que intervienen en la planeación de los sistemas eléctricos para plantas de bombeo y de tratamiento de aguas residuales. XV La actualización de este libro brinda a los diseñadores la información suficiente para afrontar el reto de planear un proyecto integral donde intervienen sub estaciones eléctricas, acometidas eléctricas, instalaciones eléctricas, tableros eléctricos y demás componentes que son elementales en la planeación de los proyectos eléctricos. A través de nueve capítulos, se aborda desde la fuerza hasta el control. Aun que dicho libro contiene amplia información con respecto al tema eléctrico es necesario tener nociones básicas de electricidad para poder comprender ciertos conceptos. En el caso de necesitar información más especializada sería conveniente referirse a la bibliografía y normatividad recomendada, así como la información proporcionada directamente por el proveedor de componentes eléctricos. Se recomienda al diseñador que realice visitas periódicas a sitio con el fin de mejorar su apreciación de su diseño una vez instalado en campo ya que al trasladar la idea del papel a un elemento físico se encuentran áreas de oportunidad que pueden ayudar a realizar un proyecto de mejor calidad. Nota importante: Considere que los lineamientos y recomendaciones indicadas en este libro, obedecen a la experiencia de los especialistas en el sector hídrico. En ningún caso se pretende sustituir a las normas oficiales, internacionales, extranjeras ni la aplicación a la mejor práctica de la ingeniería por lo que debe considerarse como una guía para el diseño de instalaciones eléctricas. Palabras clave: Instalaciones, sistema eléctrico de fuerza, sistemas de tierra, sistemas de alumbrado, cortocircuito, conductores, arranque de motor, caída de tensión, factor de potencia, reactores limitadores de corriente, canalizaciones, protecciones, fusible, interruptor, Transformador de instrumentos, Transformador de corriente, transformador, protección de motores, protección de transformadores, protección de alimentadores, apartarrayos, electrodos, sistemas eléctricos de emergencia, banco de baterías, Acometida. XVI 1 I nst ru m e n tos de ge st ión En la actualidad en nuestro país enfrentamos de plantas de aguas residuales, que favorezcan el grandes problemas energéticos, por lo que es con- uso racional de los recursos ambientales. veniente que para resolverlos, se pueda contar con lineamientos que permitan a los organismos ope- El personal responsable del organismo operador radores ser más eficientes en el cálculo, estudio deberá ser personal calificado, cuyos conoci- y diseño de instalaciones eléctricas. Lo anterior mientos y facultades específicos permitan inter- da la oportunidad al diseñador eléctrico, de con- venir en el cálculo, estudio o diseño de una de- tar con las herramientas básicas para afrontar la terminada instalación eléctrica. Además, tomar responsabilidad de planear una instalación donde en consideración el marco jurídico y normativo intervengan equipos eléctricos tales como table- existente para justificar los criterios en la selec- ros, canalizaciones, protecciones, subestaciones ción de la instalación eléctrica requerida. El mé- eléctricas, transformadores, sistema de tierras e todo utilizado para la determinación de la efi- incluso alumbrado; así como también implemen- ciencia electromecánica está fundamentado en tar recomendaciones nacionales e internacionales Normas Oficiales Mexicanas, en tanto que para en la correcta instalación de equipos eléctricos que la predicción, causas de ineficiencia y otras re- intervienen dentro de cualquier instalación para la comendaciones, se basan en las Normas ANSI/ dis...
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  • Spring '18
  • Anselmo Sanchez
  • Agua potable, Transformador, Dibujo, Electrodo, Subestación eléctrica

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