Introducción a las Instalaciones Electromecánicas
Las instalaciones electromecánicas consisten en el diseño e instalación de toda la infraestructura eléctrica y mecánica necesaria para garantizar el correcto funcionamiento de los equipos de misión crítica de una empresa.
Clasificación de Instalaciones Electromecánicas por Tensión
Las instalaciones electromecánicas se clasifican en tres tipos principales según su nivel de tensión (voltaje). La principal diferencia entre ellas radica en el nivel de voltaje con el que operan.
Baja Tensión Eléctrica
La tensión máxima de estas instalaciones es inferior a 1.000 voltios para corriente alterna (CA) y 1.500 voltios para corriente continua (CC). Dada esta característica, estas instalaciones distribuyen energía eléctrica para consumo propio. Se utilizan comúnmente en el alumbrado público, la industria y el hogar.
En el entorno industrial, la corriente alterna oscila entre los 220 V y los 440 V, mientras que en el ámbito doméstico va desde los 110 V hasta los 220 V.
No obstante, es importante considerar que en Europa y en algunos países de Sudamérica, el voltaje doméstico estándar es de 220 voltios.
Media Tensión Eléctrica
Estas instalaciones electromecánicas operan con tensiones superiores a 1.000 V e inferiores a 25.000 V. Se utilizan para el transporte de energía desde las subestaciones hasta los transformadores de baja tensión, desde donde se distribuye la corriente eléctrica a las ciudades. Generalmente, el cableado de media tensión se instala en postes (de cemento o madera) o en torres metálicas. No obstante, en muchas grandes ciudades, estos cables se han soterrado para mejorar la estética y la seguridad.
Alta Tensión Eléctrica
En este tipo de instalaciones, las tensiones superan los 25.000 voltios (25 kV) de corriente alterna. Se utiliza para el transporte de energía a grandes distancias, empleando cables de gran calibre que cuelgan de enormes aisladores sujetos a torres metálicas.
Influencia de la Distancia en la Transmisión de Potencia
La regulación del voltaje o la caída de tensión aumenta con la distancia entre la fuente y el equipo, debido a la resistencia que ofrece el cable conductor al paso de la corriente. Por lo tanto, cuanto mayor sea la distancia, mayor debe ser el voltaje transmitido. Esta medida contribuye a disminuir los costos de cableado.
Factores Clave en la Clasificación de Voltaje y Corriente del Cableado
Tamaño y Material del Conductor
El tamaño y el material del conductor de un cable tienen un impacto directo en sus clasificaciones de voltaje y corriente.
Los conductores de mayor sección transversal suelen tener menor resistencia, lo que les permite manejar corrientes más altas con una generación de calor reducida. Además, el material del conductor influye en su conductividad, afectando tanto la caída de tensión como la capacidad de transporte de corriente.
Tipo y Espesor del Aislamiento
El tipo y el espesor del aislamiento que rodea al conductor son factores críticos para determinar la tensión nominal de un cable. Los diferentes materiales de aislamiento poseen distintas resistencias dieléctricas, lo que influye en la capacidad del cable para soportar altos voltajes sin sufrir averías.
El espesor del aislamiento también contribuye a la robustez general del cable en términos de resistencia al voltaje. El sistema AWG (American Wire Gauge), o Calibre de Alambre Estadounidense, es un estándar utilizado para cables eléctricos. Los cables con estándar AWG son comunes en uso residencial y su aplicación data desde 1857, específicamente para conductores redondos, sólidos y no ferrosos.
Temperatura Ambiente
La temperatura ambiente del entorno donde se instala el cable juega un papel importante en la determinación de sus clasificaciones de voltaje y corriente. Las temperaturas elevadas pueden reducir la capacidad del cable para transportar corriente, lo que exige ajustes en sus clasificaciones. Comprender las condiciones de temperatura esperadas es crucial para una selección precisa del cableado.
Condiciones de Instalación
La forma en que se instala un cable, ya sea al aire libre, en conductos o soterrado, afecta su capacidad para disipar el calor. Las condiciones de instalación influyen en el aumento de temperatura del cable durante el funcionamiento, lo cual es una consideración clave para determinar su capacidad de transporte de corriente. Las prácticas de instalación adecuadas son esenciales para maximizar el rendimiento y la vida útil del cableado.
Los materiales aislantes más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son los polímeros termoplásticos y el caucho (hule). Un termoplástico es un tipo de plástico que cambia sus propiedades al ser calentado y enfriado. Estos materiales se ablandan con el calor y adquieren un acabado liso y duro al enfriarse. Algunos termoplásticos comunes son el polietileno (PE) y el policloruro de vinilo (PVC).
Designación de Aislamientos en Cables Eléctricos
Los cables eléctricos incorporan letras en su designación para indicar sus características. A continuación, se detallan algunas de las más comunes:
- R: Aislamiento de caucho (hule)
- T: Aislamiento termoplástico
- X: Aislamiento de polímero sintético barnizado
- H: Resistente al calor hasta 75 °C (167 °F)
- HH: Resistente al calor hasta 90 °C (194 °F)
- W: Resistente al agua y a la humedad
- UF: Para uso subterráneo
- N: Cubierta de nailon (nylon)
Aislamiento Termoplástico y Termoestable en Cables: Diferencias y Aplicaciones
El aislamiento en cables eléctricos es crucial para garantizar la seguridad y eficiencia en la transmisión de energía. Dos de los materiales más comunes utilizados en este contexto son los aislamientos termoplásticos y los termoestables.
Aislamiento Termoplástico
Los materiales termoplásticos son aquellos que, al ser calentados, se vuelven más flexibles y maleables, lo que facilita su conformación y moldeado. Mantienen esta propiedad incluso después de enfriarse y solidificarse. Ejemplos comunes de termoplásticos utilizados en cables incluyen el PVC (cloruro de polivinilo) y el polietileno (PE).
Aislamiento Termoestable
A diferencia de los termoplásticos, los materiales termoestables experimentan una reacción irreversible al calor durante su proceso de endurecimiento. Una vez moldeados y curados, no pueden volver a su estado original mediante la aplicación de calor. Algunos ejemplos de aislantes termoestables son el caucho de silicona y los compuestos de resina epoxi.
La silicona es apreciada por su resistencia a temperaturas extremas y su excelente resistencia dieléctrica, lo que la hace ideal para aplicaciones que implican altos niveles de calor o ambientes agresivos. Por otro lado, las resinas epoxi proporcionan un aislamiento de alta calidad con propiedades mecánicas impresionantes, lo que las convierte en una excelente elección para aplicaciones de alta tensión y en ambientes químicamente agresivos.
Medidores Eléctricos
También conocidos como medidores de potencia, son dispositivos utilizados para medir la energía eléctrica y tienen como finalidad registrar, de forma continua o intermitente, magnitudes físicas como el voltaje, la intensidad o la corriente eléctrica.
¿Cuándo es Recomendable una Instalación Trifásica?
- Plantas industriales.
- Edificios o viviendas con una alta demanda de energía.
- Si el equipamiento eléctrico es de 380 o 400 voltios.
- Casas de campo o edificios alejados del punto de conexión de la distribuidora eléctrica más cercana.
ICP (Interruptor de Control de Potencia)
El ICP se centra en dos objetivos esenciales: limitar el consumo a la potencia contratada y proteger la instalación eléctrica de posibles cortocircuitos.
Si se conectan demasiados aparatos y se supera la potencia contratada, el ICP cortará temporalmente el suministro eléctrico para evitar el exceso de potencia.
Instalación Monofásica
La energía monofásica es aquella que utiliza una sola fase de corriente alterna, con voltajes que suelen oscilar entre 110 y 130 voltios.
Es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica que se basa en una única corriente alterna (o fase), logrando que todo el voltaje varíe de manera uniforme.
Las instalaciones monofásicas tienen una única fase con una única corriente alterna y una potencia contratada de hasta 10 kW, siendo las más usuales en domicilios.
Las instalaciones monofásicas pueden tener dos o tres cables:
- Bipolares: Cuando tienen dos cables: un cable de fase (generalmente marrón) por el que circula la corriente eléctrica, y un cable neutro (generalmente azul).
- Tripolares: Cuando tienen tres cables: la fase, el neutro y un tercer cable de tierra (generalmente amarillo-verde). La toma de tierra tiene como función proteger los aparatos eléctricos de posibles sobretensiones.
Equipotencialidad
Un sistema sin una adecuada conexión equipotencial es susceptible a sobrecargas, descargas eléctricas y fallos del sistema. Si surge un fallo en la instalación, las conexiones equipotenciales garantizan que cualquier corriente de defecto será conducida de forma segura a tierra, minimizando el riesgo de descarga eléctrica.
Tipos de Interruptores de Potencia
- Interruptores de aire: Utilizan aire comprimido para interrumpir el flujo de corriente eléctrica. Son ampliamente utilizados en subestaciones eléctricas y son especialmente adecuados para aplicaciones de alta tensión.
- Interruptores de vacío: Utilizan un medio de extinción de arco en condiciones de vacío. Son compactos, eficientes y ofrecen una alta capacidad de interrupción.
- Interruptores de aceite: Utilizan aceite dieléctrico para extinguir el arco eléctrico. Son adecuados para aplicaciones de alta potencia y ofrecen una excelente capacidad de extinción.
- Interruptores SF6: Utilizan gas SF6 para extinguir el arco eléctrico. Son altamente eficientes y ofrecen una gran capacidad de interrupción en un tamaño compacto.