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VADEMECUM DE FORMULAS       DE ELECTROTECNIA


ademecum de f�rmulas de c�lculo en electrotecnia

Resumen:

En este art�culo se publican y explican un variado surtido de
f�rmulas de c�lculo, algunas estrictas y otras emp�ricas, para
la resoluci�n de problemas electrot�cnicos.

Desarrollo:

En algunas de las f�rmulas siguientes se emplea la fuente
�symbol� para su notaci�n. Si los s�mbolos de las letras 'alfa
beta delta' no aparecen as�: [α β δ], entonces deber� instalarse
la fuente citada para una lectura adecuada.

Por otra parte, en todas las f�rmulas se utilizan las unidades del
Sistema Internacional (SI), salvo expresa indicaci�n en
contrario.

1 - Algunas f�rmulas b�sicas de la electrotecnia

- Potencia en una resistencia

La potencia P disipada en una resistencia R atravesada por una
corriente I que produce una ca�da de tensi�n V vale:

P = V I = V2 / R = I2 R

- Energ�a en una resistencia
La energ�a W consumida en un tiempo t, para entregar una
potencia constante P disipada en una resistencia R atravesada por
una corriente I con una ca�da de tensi�n V vale:

                      �         �
W = P t = V I t = V2 t / R = I2 R t

Para obtener el resultado en calor�as, y como 1 cal = 4,186 J,
resulta:
                  �
W[cal] = 0,23889 I2 R t

Cabe se�alar que la f�rmula anterior puede aplicarse para el
dimensionamiento de resistencias calefactoras. Por otro lado, las
necesidades de calefacci�n en oficinas rondan los 25 a 35 cal / h
por metro c�bico.

- Energ�a almacenada en el campo

La energ�a W almacenada en el campo de una capacidad C para
alcanzar una tensi�n V con una carga Q vale:

W = C V2 / 2 = Q V / 2 = Q2 / 2 C

La energ�a W almacenada en el campo de una inductancia L
para llevar una corriente de carga I con un flujo concatenado Ψ
vale:

W = L I2 / 2 = Ψ I / 2 = Ψ 2 / 2 L

Donde el flujo concatenado Ψ es igual al producto del n�mero
de vueltas N de la inductancia por el flujo magn�tico Φ:

Ψ =NΦ =LI
- Potencia de CA en una impedancia serie

Si una tensi�n V (tomada como referencia) se aplica a una
impedancia Z formada por una resistencia R en serie con una
reactancia X, la corriente I vale:

I = V / Z = V (R / |Z|2 - jX / |Z|2) = V R / |Z|2 - j V X / |Z|2 = IP�
-� jIQ

La corriente activa IP y la corriente reactiva IQ valen:

IP = V R / |Z|2 = |I| cosφ

IQ = V X / |Z|2 = |I| senφ

El valor de la potencia aparente S, la potencia activa P, y la
potencia reactiva Q es:

S = V |I| = V2 / |Z| = |I|2 |Z|

P = V IP = IP2 |Z|2 / R = V2 R / |Z|2 = |I|2 R = V |I| cosφ

Q = V IQ = IQ2 |Z|2 / X = V2 X / |Z|2 = |I|2 X = V |I| senφ

El factor de potencia cosφ resulta:

cosφ = IP / |I| = P / S = R / |Z|

- Potencia de CA trif�sica

Para una carga equilibrada en estrella con una tensi�n de l�nea
Vlin y una corriente de l�nea Ilin se tiene:

Vestr = Vlin / �3

Iestr = Ilin
Zestr = Vestr / Iestr = Vlin / �3 Ilin

Sestr = 3 Vestr Iestr = �3 Vlin Ilin = Vlin2 / Zestr = 3 Ilin2 Zestr

Para una carga equilibrada en tri�ngulo con una tensi�n de
l�nea Vlin y una corriente de l�nea Ilin se tiene:

Vtriang = Vlin

Itriang = Ilin / �3

Ztriang = Vtriang / Itriang = �3 Vlin / Ilin

Striang = 3 Vtriang Itriang = �3 Vlin Ilin = 3 Vlin2 / Ztriang = Ilin2 Ztriang

La potencia aparente S, la potencia activa P, y la potencia reactiva
Q valen:

S2 = P2 + Q2

P = S cosφ = �3 Vlin Ilin cosφ

Q = S senφ = �3 Vlin Ilin senφ

2 - Constantes y conversi�n de unidades el�ctricas


- Constantes

µ0          =          4          π            10-7        H           /         m
������������������������
�� permeabilidad del vac�o

ε0          =          8,85418             10-12          F            /         m
������������������� permitividad
del vac�o
e                =                 1,60218                  10-19
C�����������������������
���� carga del electr�n

c = 2,99792 108 m / s = (µ 0 . ε 0)-0,5��� velocidad de la luz en
el vac�o

ρ cu = 1,72414 10-8 Ohm . m �������������
resistividad del cobre normal a 20
�C�������������������� (1 / 58
106)

ρ cu = 0,0172414 Ohm . mm2 / m

α cu = 3,93 10-3� �C-1
������������������������
� coef. variaci�n resistencia con la temp. del cobre a 20 �C

ρ al = 2,85714 10-8 Ohm . m �������������
resistividad del aluminio normal a 20 �
C��������������� (1 / 35 106)

ρ al = 0,0285714 Ohm . mm2 / m

α al = 4,03 10-3� �C-1
������������������������
�� coef. variaci�n resistencia con la temp. del aluminio a
20 �C

- Conversi�n de unidades gaussianas al SI
1 Maxwell = 10-8 Wb

1 Gauss = 10-4 �T

1 Oersted = 79,577472 �A / m


- Conversi�n de unidades de energ�a, trabajo y calor

1J=1N.m=1W.s=1V.C

1 kW. h = 3,6 106 J

1 erg = 1 dina . cm = 10-7 J

1 kgf . m = 9,80666 J

1 eV = 1,60218 10-19 J

1 libra . pie = 1,3558 J

1 HP . h = 2,685 106 J

1 kcal = 103 cal = 4186 J

1 BTU = 1055 J

- Conversi�n de unidades de potencia

1 W = 1 J / s = 10-3 kW

1 kgf . m / s = 9,80666 W

1 CV = 735,499 W

1 HP = 1,0139 CV = 745,7 W

1 kcal / h = 1 frig / h =� 1,1628 W

1 BTU / h = 0,2931 W
3 - F�rmulas el�ctricas diversas

- Fuerza entre conductores

Si dos conductores paralelos rectil�neos, de gran longitud l y de
secci�n peque�a frente a las dem�s dimensiones, llevan una
corriente I y se encuentran a una distancia d entre s�, entonces la
fuerza F que aparece entre los mismos vale:

F = (l . I2 . 2 10-7 H / m) / d

- Resistencia de un conductor

Un conductor rectil�neo homog�neo de resistividad ρ, de
longitud l y de secci�n transversal constante S, tiene una
resistencia R que vale:

R=ρ .l/S

- Resistencia en funci�n de la temperatura

Un conductor met�lico homog�neo de resistencia RT0� a la
temperatura T0 �y de coeficiente de variaci�n de la resistencia
con la temperatura α T0 a la temperatura T0 , tiene una resistencia
RT a la temperatura T que vale:

RT = RT0 �. [1 + α T0 �.( T - T0 )]

- Inductancia de una bobina recta larga

Una bobina rectil�nea de gran longitud l, de N vueltas, de
secci�n transversal S y permeabilidad µ, tiene una inductancia L
que vale:
L = µ . N2 . S / l

- Inductancia de una bobina recta corta

Una bobina rectil�nea de longitud l, de N vueltas, de secci�n
transversal circular S, de di�metro d y permeabilidad µ, tiene
una inductancia L que vale:

L = µ . N2 . S / (l + 0,45 . d)

- Inductancia de una l�nea trif�sica ideal

Si se tiene una l�nea trif�sica rectil�nea de longitud l, cuyas
fases se encuentran transpuestas secuencialmente cada l/3 metros
y si la distancia entre conductores mucho es menor que de estos a
la tierra, entonces su inductancia por fase L vale:

L = l . (µ 0 / (2 π)) . ln (DMG/rmg) = l . 2 10-7 H . m-1 . ln
(DMG/rmg)

Donde DMG es la distancia media geom�trica entre los
conductores y rmg es el radio medio geom�trico de los
conductores de fase.

Estos valores dependen de la disposici�n geom�trica de la
l�nea y de la posible existencia de varios subconductores por
fase; estando perfectamente tabulados para los diferentes casos
posibles.

�

Con fines orientativos, a continuaci�n se presentan los valores
correspondientes a una l�nea con un solo conductor por fase de
radio rf y con una disposici�n de los mismos en forma de
tri�ngulo de lados D1-2 , D2-3 � y D1-3 :

DMG = (D1-2 . D2-3 . D1-3)1/3

rmg = rf . e-0,25 = rf . 0,7788

- Capacidad de una l�nea trif�sica ideal

Si se tiene una l�nea trif�sica rectil�nea de longitud l, cuyas
fases se encuentran transpuestas secuencialmente cada l/3 metros
y si la distancia entre conductores mucho es menor que de estos a
la tierra, entonces su capacidad al neutro por fase Cn vale:

Cn = l . 2 π . ε 0 / (ln (DMG/rmg))

Donde DMG es la distancia media geom�trica entre los
conductores y rmg es el radio medio geom�trico de los
conductores de fase.

Estos valores dependen de la disposici�n geom�trica de la
l�nea y de la posible existencia de varios subconductores por
fase; estando perfectamente tabulados para los diferentes casos
posibles.

�

Con fines orientativos, a continuaci�n se presentan los valores
correspondientes a una l�nea con un solo conductor por fase de
radio rf y con una disposici�n de los mismos en forma de
tri�ngulo de lados D1-2 , D2-3 � y D1-3 :

DMG = (D1-2 . D2-3 . D1-3)1/3
rmg = rf

- Transformadores

En un transformador ideal de dos arrollamientos, con una
tensi�n primaria de fase V1 aplicada en un bobinado de N1
espiras por el que circula una corriente I1 de fase, y con una
tensi�n secundaria de fase V2 inducida en un bobinado de N2
espiras por el que circula una corriente I2 de fase, se cumplen las
siguientes relaciones aproximadas:

V1 / V2 = N1 / N2 = a

I1 / I2 = N2 / N1 = 1 / a

Donde a es la relaci�n de transformaci�n. La impedancia Z21
referida al lado primario, equivalente a la impedancia Z2 en el
lado secundario, es:

Z21 = Z2 . (N1 / N2)2 = Z2 . a2

La potencia aparente S para un transformador monof�sico vale:

S = V1 . I1 = S1 = V2 . I2 �= S2

Para un transformador equilibrado de m fases:

S = m . V1 . I1 = S1 = m . V 2 . I2 �= S2

- Autotransformadores

En un autotransformador ideal, con una tensi�n primaria de fase
V1 aplicada en un bobinado de N1 + N2 espiras por el que circula
una corriente I1 de fase, y con una tensi�n secundaria de fase V2
inducida en un bobinado de N2 espiras por el que circula una
corriente I2 de fase, se cumplen las siguientes relaciones
aproximadas:

V1 / V2 = (N1 + N2) / N2 = a

I1 / I2 = N2 / (N1 + N2) = 1 / a

- C�lculo de peque�os transformadores

En     un       transformador       monof�sico            peque�o        de    dos
arrollamientos, con una tensi�n primaria V1 aplicada en un
bobinado de N1 espiras por el que circula una corriente I1 y con
una tensi�n secundaria V2 inducida en un bobinado de N2 espiras
por el que circula una corriente I2, que trabaja a una frecuencia f y
cuyo circuito magn�tico tiene una secci�n transversal SFe y
trabaja con una inducci�n B, se cumplen las siguientes
relaciones aproximadas:

V1 / N1 = V2 / N2 = Ve

I1 / I2 = N2 / N1

Ve          =       �2          .       π .           f           .      B         .
Sfe�����������������������������
��������������� Sfe = Ve� / (�2 . π . f .
B)

Ve = A . (V2 .
     ����������������������������������������
I2)
�����������������                                     �
                                Sfe = A . (V2 . I2)       �   / (�2 . π . f . B)

Donde A es un coeficiente emp�rico que vale de 0,033 a 0,045
para n�cleo acorazado y servicio permanente. Por su parte, la
inducci�n B se toma cercana a� 1 Tesla y la densidad de
corriente en los bobinados de cobre primarios y secundarios
puede adoptarse entre 2 y 4 A / mm2.

- Rendimiento

El rendimiento por unidad η de una m�quina el�ctrica con una
potencia de entrada Pent, una potencia de salida Psal y una potencia
de p�rdidas Pper vale:

η = Psal / Pent = Psal / (Psal + Pper) = (Pent - Pper) / Pent

Pent = Psal + Pper= Psal / η = Pper / (1 - η)

Psal = Pent - Pper= Pent . η = Pper . η / (1 - η)

Pper = Pent - Psal= Pent . (1 - η) = Psal . (1 - η) / η

De estas f�rmulas pueden deducirse una gran variedad de
ecuaciones, en funci�n de las aplicaciones pr�cticas y de las
unidades a utilizar.

Por ejemplo, la potencia el�ctrica Pent �en W que toma un
motor con rendimiento porcentual η [%] y que entrega una potencia
mec�nica Pm [HP] en HP, vale:

Pent = Psal / η = Pm [HP] . 745,7 . 100 / η [%]

- Potencia mec�nica de motores el�ctricos

La potencia mec�nica Pm de un motor que gira con velocidad
angular ω y cuyo accionamiento tiene un par resistente M� vale:

Pm � = M �. ω
Si el motor gira a N[RPM] RPM y tiene un par resistente de
M[kgf.m]� kgf.m, entonces:

Pm         �� =          1,02695       .           M[kgf.m]      �.
N[RPM]��������������������������������������
������������������������������������������


����������������������             (1/0,974)

Expresando la potencia mec�nica en HP:

Pm      [HP]    �   =    1,37716    10-3       .      M[kgf.m]   �.
N[RPM]��������������������������������������
������������������������������������������

������     (1/726)

Si se trata de una carga G que describe un movimiento
rectil�neo uniforme con velocidad v (por ejemplo un ascensor),
la potencia mec�nica Pm vale:

Pm � = G . v

Si la carga es de G[kgf] kgf y tiene una velocidad de v� m/s,�
entonces:

Pm � = 9,80666 . G[kgf] . v

El par resistente equivalente MER aplicado a un motor que gira
con velocidad angular ω y mueve una carga G que describe un
movimiento rectil�neo uniforme con velocidad v resulta:

MER = Pm � / ω = G . v / ω
Si el motor gira a N[RPM] RPM y la carga es de G[kgf] kgf con una
velocidad de v� m/s,� entonces:

MER = 93,6467 . G[kgf] . v / N[RPM]

Expresando el par resistente equivalente en kgf.m:

MER[kgf.m] � = 9,5493 . G[kgf] . v / N[RPM]

- Influencia de la transmisi�n

Si la transmisi�n entre el motor y la m�quina accionada se
realiza por medio de engranajes o correas, el par resistente M y la
velocidad angular ω de cada parte se vinculan mediante la
relaci�n ideal:

M 1 . ω 1 = M2 . ω 2

M1 = M2 . ω 2 / ω 1 = M2 . N[RPM]2 / N[RPM]1

- Tiempo de arranque de motores

Partiendo del par medio de aceleraci�n Mpr[kgfm] �en kgf.m y del
momento de impulsi�n total GD2[kgfm2] �en kgf.m2 del motor y la
m�quina accionada, se puede determinar aproximadamente el
tiempo de duraci�n del arranque ta �en segundos, desde el
reposo hasta una velocidad N[RPM] RPM, mediante:

�

ta    =     2,666      10-3    .    GD2[kgfm2]   .   N[RPM] / Mpr[kgfm]
������������������������������������������

��������������������������������                     (1/375)
- Arranque de motores asincr�nicos trif�sicos

Arr. directo:
��������������������������
� 100% tensi�n�������������� 100%
corriente����������� 100% cupla

Arr. estrella-tri�ngulo: � 58%
tensi�n���������������� 33%
corriente������������� 33% cupla

Arr. autotrafo 80%: ��������������� 80%
tensi�n���������������� 64%
corriente������������� 64% cupla

Arr. autotrafo 65%: ��������������� 65%
tensi�n���������������� 42%
corriente������������� 42% cupla

Arr. autotrafo 50%: ��������������� 50%
tensi�n���������������� 25%
corriente������������� 25% cupla

Arr. reactor serie 80%: ���������� 80%
tensi�n���������������� 80%
corriente������������� 64% cupla
Arr. reactor serie 65%: ���������� 65%
tensi�n���������������� 65%
corriente������������� 42% cupla

- Velocidad de motores asincr�nicos

La expresi�n que� nos da el valor de la velocidad angular ω de
un motor asincr�nico es:

ω =� (1 - s) . ω s

Donde s representa el resbalamiento y ω     s   la velocidad angular
sincr�nica.

Por otro lado, el valor de la velocidad N[RPM] �de un motor
asincr�nico en RPM es:

N[RPM]� =� (1 - s) . Ns [RPM] � =� (1 - s) 60 f / pp

Donde Ns [RPM] simboliza las RPM sincr�nicas, f� la frecuencia
de red y pp el n�mero de pares de polos del motor.

s =� (Ns [RPM] �- N[RPM]) / Ns [RPM]

- Velocidad de motores de continua

La expresi�n que� nos da el valor de la velocidad angular ω de
un motor de corriente continua es:

ω �=� (Ua� - Ia . Ra) / ( kω . φ ) =� (kω φ Ua� - Tm Ra) / (kω φ
)2
Donde Ua es la tensi�n aplicada, Ia es� la corriente del
inducido, Ra es la resistencia del inducido, Tm es el par motor, kω
es una constante y φ es el flujo magn�tico (funci�n de las
corrientes en el inducido y en el campo).

Por otro lado, el valor de la velocidad N[RPM] �de un motor de
corriente continua en RPM es:

N[RPM]�� =� (Ua� - Ia . Ra) / ( k . φ ) =� (k φ Ua� - Tm Ra) / (
k φ )2

Donde k es una constante que depende de las unidades.


- Correcci�n del factor de potencia

Si una carga inductiva con un consumo de potencia activa P y un
factor de potencia en atraso sin corregir cosφ 1 se quiere llevar a
un valor de factor de potencia en atraso corregido cosφ 2 , las
potencias reactivas sin corregir y corregida Q1 y Q2, son
respectivamente:
                                       �
Q1 = P tanφ 1 = P� (1 / cos2φ 1 - 1)

                                   �
Q2 = P tanφ 2 = P� (1 / cos2φ 2 - 1)


La potencia reactiva en adelanto (capacitiva) QC que debe
conectarse con la carga es:


                                                           �
QC = Q1 - Q2 = P (tanφ 1 - tanφ 2) = P� [(1 / cos2φ 1 - 1) - (1 /
          �
cos2φ 2 - 1) ]
La potencia activa P puede hallarse por medici�n directa o a
partir del cociente entre la energ�a facturada y el per�odo de
facturaci�n.

Las potencias aparentes sin corregir y corregida S1 y S2, se
relacionan mediante:

S1� cosφ 1 = P = S2� cosφ 2


Comparando las corrientes de carga sin corregir y corregida I1 e
I2, se tiene:

I2 / I1 = S2 / S1 = cosφ 1 / cosφ 2

Para capacitores conectados en estrella, cada uno con una
capacidad Cestr e instalados en derivaci�n en un sistema
trif�sico con tensi�n de l�nea Vlin y frecuencia f, la potencia
reactiva en adelanto (capacitiva) QCestr y la corriente de l�nea
reactiva Ilin valen:

QCestr = Vlin2 / XCestr = 2πf CestrVlin2

Ilin = QCestr / �3Vlin = Vlin / �3XCestr

Cestr = QCestr / 2πf Vlin2

Para capacitores conectados en tri�ngulo, cada uno con una
capacidad Ctriang e instalados en derivaci�n en un sistema
trif�sico con tensi�n de l�nea Vlin y frecuencia f, la potencia
reactiva en adelanto (capacitiva) QCtriang y la corriente de l�nea
reactiva Ilin valen:

QCtriang = 3Vlin2 / XCtriang = 6πf CtriangVlin2
Ilin = QCtriang / �3Vlin = �3Vlin / XCtriang

Ctriang = QCtriang / 6πf Vlin2

N�tese que para tener el mismo valor de QC:


XCtriang = 3XCestr

Ctriang = Cestr / 3

- Puesta a tierra

La resistencia aproximada Rj de una jabalina de largo l enterrada
en un terreno de resistividad el�ctrica Gt (Ohm . m), vale:

Rj = 0,33 Gt para jabalinas de 3 m.

Rj = 0,55 Gt para jabalinas de 1,50 m.

Rj = Gt / l para jabalinas de otras longitudes.

La resistencia aproximada Rm de una malla de puesta a tierra de
�rea Am enterrada en un terreno de resistividad el�ctrica Gt
(Ohm . m), es:
                      �
Rm = 0,5 Gt / (Am)

- Verificaci�n de la corriente de cortocircuito de cables

La secci�n de un cable debe satisfacer la siguiente desigualdad:

         �
( Icc . (t) / K ) � S[mm�]

Donde Icc es la corriente de cortocircuito, t es el tiempo de
desconexi�n de la protecci�n, K es un coeficiente que depende
de la naturaleza del conductor y de sus temperaturas al principio y
al final del cortocircuito y S[mm�] es la secci�n del conductor en
mm�.

�       K = 115 en cables de cobre aislados en PVC

�       K = 74 en cables de aluminio aislados en PVC

�       K = 143 en cables de cobre aislados en XLPE

�       K = 92 en cables de aluminio aislados en XLPE

- Ca�da de tensi�n en cables

La ca�da de tensi�n que se produce en un cable puede
calcularse en base a las siguientes f�rmulas aproximadas:

∆U[%] = 2 . l . I . (r . cos ϕ + x . sen ϕ) . 100 /
UL��������������������������������� Para
circuitos monof�sicos

∆U[%] = �3 . l . I . (r . cos ϕ + x . sen ϕ) . 100 / UL
�����������������������������                         Para circuitos
trif�sicos

Donde ∆U[%] es la ca�da de tensi�n porcentual, UL es la
tensi�n de l�nea, l es la longitud del circuito, I es la intensidad
de corriente de fase del tramo del circuito, r es la resistencia del
conductor por unidad de longitud en C.A. a la temperatura de
servicio, x es la reactancia del conductor por unidad de longitud a
la frecuencia de red y cos ϕ es el factor de potencia de la
instalaci�n.

Si se tienen n consumos iguales uniformemente distribuidos:
∆U[%] = �3 . l . I . (r . cos ϕ + x . sen ϕ) . (n + 1) . 50 / (n . UL )
�������������������           Para circuitos trif�sicos

Donde cada consumo toma una corriente (I / n) y est�n
equiespaciados a una distancia (l / n).

- C�lculo simplificado de iluminaci�n de interiores

El flujo luminoso total φ T en un local de ancho a y largo b que
requiere un nivel de iluminaci�n E, vale:

φ T = E . a . b / (Ku . Kd)

Ku es el factor de utilizaci�n que depende del tipo de luminarias
y de la geometr�a y colores del local, y orientativamente se
puede aproximar a 0,6 para artefactos con louvers y 0,5 para
gargantas.

Kd es el factor de depreciaci�n que depende del grado de
limpieza del ambiente, y vale 0,8 para locales con limpieza facil
y� 0,5 para locales con limpieza dif�cil.

El nivel de iluminaci�n E se saca de tablas, y por ejemplo vale
de 150 a 200 lux en oficinas.

Si se instalan l�mparas de flujo luminoso unitario φ L, entonces la
cantidad de l�mparas NL a instalar vale:

NL =φ T / φ L = E . a . b / (φ L . Ku . Kd)

- Bombas
La potencia Pb [HP] en HP de una bomba para un l�quido de peso
espec�fico g [kg/l] en kg/litro (1 para el agua), de rendimiento η b
(0,6 a 0,8 en bombas centr�fugas), considerando un caudal de
circulaci�n Q [l/h] en litros por hora y una altura manom�trica
(altura est�tica mas altura de p�rdidas) a vencer h en metros,
vale:

Pb [HP] = Q [l/h] �. h . g [kg/l] / (3600 . 76 .� η b)

Suele tomarse como seguridad un 20% m�s del valor de
potencia calculado.

- Ventilaci�n forzada

El caudal de aire necesario Qa [m3/s] en m3/s de una instalaci�n de
ventilaci�n forzada para evacuar una potencia calor�fica Pc en
W y con un calentamiento del aire de refrigeraci�n ∆Ta en
grados cent�grados, vale:

Qa [m3/s] = 0,77 10-3 . Pc / ∆Ta

Desde otro punto de vista, el caudal de aire necesario Qa [m3/s] en
m3/s de una instalaci�n de ventilaci�n para un local cuyo
volumen es de Vol m3 y que requiere n[ren/h] renovaciones de aire
por hora (t�pico 6 a 9), vale:

Qa [m3/s] = Vol . n[ren/h] / 60

La potencia Pv [HP] en HP de un ventilador de rendimiento η v (0,6
o menos), considerando el caudal de circulaci�n Qa [m3/s] en m3/s
y una presi�n de impulsi�n pi             [mm H2O]   en mm de columna de
agua, vale:

Pv [HP] = 0,01308 Qa [m3/s] . pi [mm H2O] / η v

- Potencia de refrigeraci�n

Como se indic� anteriormente, la potencia el�ctrica Pent �en W
que toma un equipo con rendimiento porcentual η [%] y que
entrega una potencia P [HP] en HP, vale:

Pent = Psal / η = P [HP] . 745,7 . 100 / η [%]

Para trabajar en frigor�as (num�ricamente iguales a las kcal), y
como� 1 frig / h =� 1,1628 W, resulta:

Pent = Psal / η = P[frig/h] . 0,86 . 100 / η [%]

Sin embargo, en aire acondicionado muchas veces se trabaja con
la REE (Relaci�n de Eficiencia de Energ�a), que es el cociente
entre las� frigor�as por hora y los watt de electricidad que
utiliza la unidad; resultando la inversa del rendimiento. Con fines
orientativos, digamos que en peque�os equipos toma valores
comprendidos entre 1,25 y 1,50.

Por otro lado, las necesidades de refrigeraci�n en oficinas
rondan los 70 a 90 frig / h por metro c�bico.

- M�quinas-herramientas

La potencia el�ctrica Pent �en W que toma una m�quina-
herramienta (por ejemplo un torno) que tiene un rendimiento η,
cuyo elemento de corte se desplaza con una velocidad vc y ejerce
una fuerza de corte Gc, vale:

Pent = Gc . vc / η

La fuerza de corte Gc, es el producto del esfuerzo espec�fico de
corte σ c y de la secci�n de viruta Sc, y por lo tanto:

Pent = σ c . Sc . vc / η

El esfuerzo espec�fico de corte var�a con la composici�n del
material y la secci�n de viruta. Con fines orientativos digamos
que vale de 2,5 a 2,8 kgf/mm2 para el acero duro y semiduro.

Si la secci�n de viruta resulta de Sc[mm2] mm2, el esfuerzo
espec�fico de corte es de σ c[kg            f/mm2]    kgf/mm2, se tiene una
velocidad de corte de v� m/s y un rendimiento porcentual η [%]
entonces:

Pent = 980,666 Sc[mm2] . σ c[kg f/mm2] . vc / η [%]

4 - C�lculo simplificado de cortocircuitos trif�sicos en redes no
malladas

- Corriente de cortocircuito

La corriente de cortocircuito Icc en un lugar de una instalaci�n,
con tensi�n entre fases Vlin e impedancia por fase estrella de
cortocircuito Zcc , vale:

Icc = Vlin / (�3 . Zcc)
Donde la impedancia de cortocircuito Zcc, con su parte activa Rcc
y reactiva Xcc, incluye todas las contribuciones desde los bornes
del generador equivalente ideal y el punto de falla trif�sica:

                      �
Zcc = (R2cc + X2cc)

- Contribuci�n a la impedancia de cortocircuito de� la red

La contribuci�n ZccR� a la impedancia de cortocircuito de toda la
red que se encuentra aguas arriba de un punto que se sabe que
tiene una potencia de cortocircuito SccR y con tensi�n entre fases
VR, resulta:

ZccR                      =                 V2R                    /
SccR����������������������������������������
����  estimativamente puede tomarse SccR= 300 MVA para
13,2 kV

RccR              =             ZccR              .              cos
f�������������������
estimativamente puede tomarse cos φ = 0,06

XccR              =             ZccR              .              sen
f�������������������

- Contribuci�n a la impedancia de cortocircuito de un
transformador

La contribuci�n ZccT a la impedancia de cortocircuito de un
transformador, que tiene una potencia nominal ST, una tensi�n
de cortocircuito porcentual VccT(%), unas p�rdidas en el cobre
porcentuales PcuT(%) y con tensi�n entre fases vale VT, puede
calcularse con:

ZccT(%) = VccT(%)

ZccT �= 0,01 . VccT(%) . V2T / ST

RccT(%) = PcuT(%)

RccT �= 0,01 . PcuT(%) . V2T / ST

                       �
XccT �= (Z2ccT - R2ccT)

- Contribuci�n a la impedancia de cortocircuito de un cable

La contribuci�n ZccC a la impedancia de cortocircuito de un cable
de longitud lC, que tiene una resistencia por fase por unidad de
longitud rC �y una reactancia por fase por unidad de longitud xC
a frecuencia de red, puede calcularse con:
                            �
ZccC �= (R2ccC� + X2ccC)

RccC� = lC . rC

XccC� = lC . xC

5 - Otras datos complementarios


- Constantes

R           =             8,31434      J          /           mol
K�����������������������
���������� constante universal de los gases
�����
gn       =          9,80666        m       /        s2
������������������������
���������� aceleraci�n de la gravedad normal

atm = 760 mm Hg = 101325� N / m2 presi�n atmosf�rica
normal

atm = 1013,25 mbar = 1013,25 hPa

- Conversi�n de unidades brit�nicas

1 pulgada = 25,4 mm = 0,0254 m

1 milla = 1609,344 m
                �
1 libra = 0,45359 kgf = 4,4482 N

                                   �
1 circular mil = 5,06707 10-4� mm2 = 5,06707 10-10 m2

grados Cent�grados = (grados Fahrenheit - 32) . 5 / 9

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  • 1. VADEMECUM DE FORMULAS DE ELECTROTECNIA ademecum de f�rmulas de c�lculo en electrotecnia Resumen: En este art�culo se publican y explican un variado surtido de f�rmulas de c�lculo, algunas estrictas y otras emp�ricas, para la resoluci�n de problemas electrot�cnicos. Desarrollo: En algunas de las f�rmulas siguientes se emplea la fuente �symbol� para su notaci�n. Si los s�mbolos de las letras 'alfa beta delta' no aparecen as�: [α β δ], entonces deber� instalarse la fuente citada para una lectura adecuada. Por otra parte, en todas las f�rmulas se utilizan las unidades del Sistema Internacional (SI), salvo expresa indicaci�n en contrario. 1 - Algunas f�rmulas b�sicas de la electrotecnia - Potencia en una resistencia La potencia P disipada en una resistencia R atravesada por una corriente I que produce una ca�da de tensi�n V vale: P = V I = V2 / R = I2 R - Energ�a en una resistencia
  • 2. La energ�a W consumida en un tiempo t, para entregar una potencia constante P disipada en una resistencia R atravesada por una corriente I con una ca�da de tensi�n V vale: � � W = P t = V I t = V2 t / R = I2 R t Para obtener el resultado en calor�as, y como 1 cal = 4,186 J, resulta: � W[cal] = 0,23889 I2 R t Cabe se�alar que la f�rmula anterior puede aplicarse para el dimensionamiento de resistencias calefactoras. Por otro lado, las necesidades de calefacci�n en oficinas rondan los 25 a 35 cal / h por metro c�bico. - Energ�a almacenada en el campo La energ�a W almacenada en el campo de una capacidad C para alcanzar una tensi�n V con una carga Q vale: W = C V2 / 2 = Q V / 2 = Q2 / 2 C La energ�a W almacenada en el campo de una inductancia L para llevar una corriente de carga I con un flujo concatenado Ψ vale: W = L I2 / 2 = Ψ I / 2 = Ψ 2 / 2 L Donde el flujo concatenado Ψ es igual al producto del n�mero de vueltas N de la inductancia por el flujo magn�tico Φ: Ψ =NΦ =LI
  • 3. - Potencia de CA en una impedancia serie Si una tensi�n V (tomada como referencia) se aplica a una impedancia Z formada por una resistencia R en serie con una reactancia X, la corriente I vale: I = V / Z = V (R / |Z|2 - jX / |Z|2) = V R / |Z|2 - j V X / |Z|2 = IP� -� jIQ La corriente activa IP y la corriente reactiva IQ valen: IP = V R / |Z|2 = |I| cosφ IQ = V X / |Z|2 = |I| senφ El valor de la potencia aparente S, la potencia activa P, y la potencia reactiva Q es: S = V |I| = V2 / |Z| = |I|2 |Z| P = V IP = IP2 |Z|2 / R = V2 R / |Z|2 = |I|2 R = V |I| cosφ Q = V IQ = IQ2 |Z|2 / X = V2 X / |Z|2 = |I|2 X = V |I| senφ El factor de potencia cosφ resulta: cosφ = IP / |I| = P / S = R / |Z| - Potencia de CA trif�sica Para una carga equilibrada en estrella con una tensi�n de l�nea Vlin y una corriente de l�nea Ilin se tiene: Vestr = Vlin / �3 Iestr = Ilin
  • 4. Zestr = Vestr / Iestr = Vlin / �3 Ilin Sestr = 3 Vestr Iestr = �3 Vlin Ilin = Vlin2 / Zestr = 3 Ilin2 Zestr Para una carga equilibrada en tri�ngulo con una tensi�n de l�nea Vlin y una corriente de l�nea Ilin se tiene: Vtriang = Vlin Itriang = Ilin / �3 Ztriang = Vtriang / Itriang = �3 Vlin / Ilin Striang = 3 Vtriang Itriang = �3 Vlin Ilin = 3 Vlin2 / Ztriang = Ilin2 Ztriang La potencia aparente S, la potencia activa P, y la potencia reactiva Q valen: S2 = P2 + Q2 P = S cosφ = �3 Vlin Ilin cosφ Q = S senφ = �3 Vlin Ilin senφ 2 - Constantes y conversi�n de unidades el�ctricas - Constantes µ0 = 4 π 10-7 H / m ������������������������ �� permeabilidad del vac�o ε0 = 8,85418 10-12 F / m ������������������� permitividad del vac�o
  • 5. e = 1,60218 10-19 C����������������������� ���� carga del electr�n c = 2,99792 108 m / s = (µ 0 . ε 0)-0,5��� velocidad de la luz en el vac�o ρ cu = 1,72414 10-8 Ohm . m ������������� resistividad del cobre normal a 20 �C�������������������� (1 / 58 106) ρ cu = 0,0172414 Ohm . mm2 / m α cu = 3,93 10-3� �C-1 ������������������������ � coef. variaci�n resistencia con la temp. del cobre a 20 �C ρ al = 2,85714 10-8 Ohm . m ������������� resistividad del aluminio normal a 20 � C��������������� (1 / 35 106) ρ al = 0,0285714 Ohm . mm2 / m α al = 4,03 10-3� �C-1 ������������������������ �� coef. variaci�n resistencia con la temp. del aluminio a 20 �C - Conversi�n de unidades gaussianas al SI
  • 6. 1 Maxwell = 10-8 Wb 1 Gauss = 10-4 �T 1 Oersted = 79,577472 �A / m - Conversi�n de unidades de energ�a, trabajo y calor 1J=1N.m=1W.s=1V.C 1 kW. h = 3,6 106 J 1 erg = 1 dina . cm = 10-7 J 1 kgf . m = 9,80666 J 1 eV = 1,60218 10-19 J 1 libra . pie = 1,3558 J 1 HP . h = 2,685 106 J 1 kcal = 103 cal = 4186 J 1 BTU = 1055 J - Conversi�n de unidades de potencia 1 W = 1 J / s = 10-3 kW 1 kgf . m / s = 9,80666 W 1 CV = 735,499 W 1 HP = 1,0139 CV = 745,7 W 1 kcal / h = 1 frig / h =� 1,1628 W 1 BTU / h = 0,2931 W
  • 7. 3 - F�rmulas el�ctricas diversas - Fuerza entre conductores Si dos conductores paralelos rectil�neos, de gran longitud l y de secci�n peque�a frente a las dem�s dimensiones, llevan una corriente I y se encuentran a una distancia d entre s�, entonces la fuerza F que aparece entre los mismos vale: F = (l . I2 . 2 10-7 H / m) / d - Resistencia de un conductor Un conductor rectil�neo homog�neo de resistividad ρ, de longitud l y de secci�n transversal constante S, tiene una resistencia R que vale: R=ρ .l/S - Resistencia en funci�n de la temperatura Un conductor met�lico homog�neo de resistencia RT0� a la temperatura T0 �y de coeficiente de variaci�n de la resistencia con la temperatura α T0 a la temperatura T0 , tiene una resistencia RT a la temperatura T que vale: RT = RT0 �. [1 + α T0 �.( T - T0 )] - Inductancia de una bobina recta larga Una bobina rectil�nea de gran longitud l, de N vueltas, de secci�n transversal S y permeabilidad µ, tiene una inductancia L que vale:
  • 8. L = µ . N2 . S / l - Inductancia de una bobina recta corta Una bobina rectil�nea de longitud l, de N vueltas, de secci�n transversal circular S, de di�metro d y permeabilidad µ, tiene una inductancia L que vale: L = µ . N2 . S / (l + 0,45 . d) - Inductancia de una l�nea trif�sica ideal Si se tiene una l�nea trif�sica rectil�nea de longitud l, cuyas fases se encuentran transpuestas secuencialmente cada l/3 metros y si la distancia entre conductores mucho es menor que de estos a la tierra, entonces su inductancia por fase L vale: L = l . (µ 0 / (2 π)) . ln (DMG/rmg) = l . 2 10-7 H . m-1 . ln (DMG/rmg) Donde DMG es la distancia media geom�trica entre los conductores y rmg es el radio medio geom�trico de los conductores de fase. Estos valores dependen de la disposici�n geom�trica de la l�nea y de la posible existencia de varios subconductores por fase; estando perfectamente tabulados para los diferentes casos posibles. � Con fines orientativos, a continuaci�n se presentan los valores correspondientes a una l�nea con un solo conductor por fase de
  • 9. radio rf y con una disposici�n de los mismos en forma de tri�ngulo de lados D1-2 , D2-3 � y D1-3 : DMG = (D1-2 . D2-3 . D1-3)1/3 rmg = rf . e-0,25 = rf . 0,7788 - Capacidad de una l�nea trif�sica ideal Si se tiene una l�nea trif�sica rectil�nea de longitud l, cuyas fases se encuentran transpuestas secuencialmente cada l/3 metros y si la distancia entre conductores mucho es menor que de estos a la tierra, entonces su capacidad al neutro por fase Cn vale: Cn = l . 2 π . ε 0 / (ln (DMG/rmg)) Donde DMG es la distancia media geom�trica entre los conductores y rmg es el radio medio geom�trico de los conductores de fase. Estos valores dependen de la disposici�n geom�trica de la l�nea y de la posible existencia de varios subconductores por fase; estando perfectamente tabulados para los diferentes casos posibles. � Con fines orientativos, a continuaci�n se presentan los valores correspondientes a una l�nea con un solo conductor por fase de radio rf y con una disposici�n de los mismos en forma de tri�ngulo de lados D1-2 , D2-3 � y D1-3 : DMG = (D1-2 . D2-3 . D1-3)1/3
  • 10. rmg = rf - Transformadores En un transformador ideal de dos arrollamientos, con una tensi�n primaria de fase V1 aplicada en un bobinado de N1 espiras por el que circula una corriente I1 de fase, y con una tensi�n secundaria de fase V2 inducida en un bobinado de N2 espiras por el que circula una corriente I2 de fase, se cumplen las siguientes relaciones aproximadas: V1 / V2 = N1 / N2 = a I1 / I2 = N2 / N1 = 1 / a Donde a es la relaci�n de transformaci�n. La impedancia Z21 referida al lado primario, equivalente a la impedancia Z2 en el lado secundario, es: Z21 = Z2 . (N1 / N2)2 = Z2 . a2 La potencia aparente S para un transformador monof�sico vale: S = V1 . I1 = S1 = V2 . I2 �= S2 Para un transformador equilibrado de m fases: S = m . V1 . I1 = S1 = m . V 2 . I2 �= S2 - Autotransformadores En un autotransformador ideal, con una tensi�n primaria de fase V1 aplicada en un bobinado de N1 + N2 espiras por el que circula una corriente I1 de fase, y con una tensi�n secundaria de fase V2 inducida en un bobinado de N2 espiras por el que circula una
  • 11. corriente I2 de fase, se cumplen las siguientes relaciones aproximadas: V1 / V2 = (N1 + N2) / N2 = a I1 / I2 = N2 / (N1 + N2) = 1 / a - C�lculo de peque�os transformadores En un transformador monof�sico peque�o de dos arrollamientos, con una tensi�n primaria V1 aplicada en un bobinado de N1 espiras por el que circula una corriente I1 y con una tensi�n secundaria V2 inducida en un bobinado de N2 espiras por el que circula una corriente I2, que trabaja a una frecuencia f y cuyo circuito magn�tico tiene una secci�n transversal SFe y trabaja con una inducci�n B, se cumplen las siguientes relaciones aproximadas: V1 / N1 = V2 / N2 = Ve I1 / I2 = N2 / N1 Ve = �2 . π . f . B . Sfe����������������������������� ��������������� Sfe = Ve� / (�2 . π . f . B) Ve = A . (V2 . ���������������������������������������� I2) ����������������� � Sfe = A . (V2 . I2) � / (�2 . π . f . B) Donde A es un coeficiente emp�rico que vale de 0,033 a 0,045 para n�cleo acorazado y servicio permanente. Por su parte, la
  • 12. inducci�n B se toma cercana a� 1 Tesla y la densidad de corriente en los bobinados de cobre primarios y secundarios puede adoptarse entre 2 y 4 A / mm2. - Rendimiento El rendimiento por unidad η de una m�quina el�ctrica con una potencia de entrada Pent, una potencia de salida Psal y una potencia de p�rdidas Pper vale: η = Psal / Pent = Psal / (Psal + Pper) = (Pent - Pper) / Pent Pent = Psal + Pper= Psal / η = Pper / (1 - η) Psal = Pent - Pper= Pent . η = Pper . η / (1 - η) Pper = Pent - Psal= Pent . (1 - η) = Psal . (1 - η) / η De estas f�rmulas pueden deducirse una gran variedad de ecuaciones, en funci�n de las aplicaciones pr�cticas y de las unidades a utilizar. Por ejemplo, la potencia el�ctrica Pent �en W que toma un motor con rendimiento porcentual η [%] y que entrega una potencia mec�nica Pm [HP] en HP, vale: Pent = Psal / η = Pm [HP] . 745,7 . 100 / η [%] - Potencia mec�nica de motores el�ctricos La potencia mec�nica Pm de un motor que gira con velocidad angular ω y cuyo accionamiento tiene un par resistente M� vale: Pm � = M �. ω
  • 13. Si el motor gira a N[RPM] RPM y tiene un par resistente de M[kgf.m]� kgf.m, entonces: Pm �� = 1,02695 . M[kgf.m] �. N[RPM]�������������������������������������� ������������������������������������������ ���������������������� (1/0,974) Expresando la potencia mec�nica en HP: Pm [HP] � = 1,37716 10-3 . M[kgf.m] �. N[RPM]�������������������������������������� ������������������������������������������ ������ (1/726) Si se trata de una carga G que describe un movimiento rectil�neo uniforme con velocidad v (por ejemplo un ascensor), la potencia mec�nica Pm vale: Pm � = G . v Si la carga es de G[kgf] kgf y tiene una velocidad de v� m/s,� entonces: Pm � = 9,80666 . G[kgf] . v El par resistente equivalente MER aplicado a un motor que gira con velocidad angular ω y mueve una carga G que describe un movimiento rectil�neo uniforme con velocidad v resulta: MER = Pm � / ω = G . v / ω
  • 14. Si el motor gira a N[RPM] RPM y la carga es de G[kgf] kgf con una velocidad de v� m/s,� entonces: MER = 93,6467 . G[kgf] . v / N[RPM] Expresando el par resistente equivalente en kgf.m: MER[kgf.m] � = 9,5493 . G[kgf] . v / N[RPM] - Influencia de la transmisi�n Si la transmisi�n entre el motor y la m�quina accionada se realiza por medio de engranajes o correas, el par resistente M y la velocidad angular ω de cada parte se vinculan mediante la relaci�n ideal: M 1 . ω 1 = M2 . ω 2 M1 = M2 . ω 2 / ω 1 = M2 . N[RPM]2 / N[RPM]1 - Tiempo de arranque de motores Partiendo del par medio de aceleraci�n Mpr[kgfm] �en kgf.m y del momento de impulsi�n total GD2[kgfm2] �en kgf.m2 del motor y la m�quina accionada, se puede determinar aproximadamente el tiempo de duraci�n del arranque ta �en segundos, desde el reposo hasta una velocidad N[RPM] RPM, mediante: � ta = 2,666 10-3 . GD2[kgfm2] . N[RPM] / Mpr[kgfm] ������������������������������������������ �������������������������������� (1/375)
  • 15. - Arranque de motores asincr�nicos trif�sicos Arr. directo: �������������������������� � 100% tensi�n�������������� 100% corriente����������� 100% cupla Arr. estrella-tri�ngulo: � 58% tensi�n���������������� 33% corriente������������� 33% cupla Arr. autotrafo 80%: ��������������� 80% tensi�n���������������� 64% corriente������������� 64% cupla Arr. autotrafo 65%: ��������������� 65% tensi�n���������������� 42% corriente������������� 42% cupla Arr. autotrafo 50%: ��������������� 50% tensi�n���������������� 25% corriente������������� 25% cupla Arr. reactor serie 80%: ���������� 80% tensi�n���������������� 80% corriente������������� 64% cupla
  • 16. Arr. reactor serie 65%: ���������� 65% tensi�n���������������� 65% corriente������������� 42% cupla - Velocidad de motores asincr�nicos La expresi�n que� nos da el valor de la velocidad angular ω de un motor asincr�nico es: ω =� (1 - s) . ω s Donde s representa el resbalamiento y ω s la velocidad angular sincr�nica. Por otro lado, el valor de la velocidad N[RPM] �de un motor asincr�nico en RPM es: N[RPM]� =� (1 - s) . Ns [RPM] � =� (1 - s) 60 f / pp Donde Ns [RPM] simboliza las RPM sincr�nicas, f� la frecuencia de red y pp el n�mero de pares de polos del motor. s =� (Ns [RPM] �- N[RPM]) / Ns [RPM] - Velocidad de motores de continua La expresi�n que� nos da el valor de la velocidad angular ω de un motor de corriente continua es: ω �=� (Ua� - Ia . Ra) / ( kω . φ ) =� (kω φ Ua� - Tm Ra) / (kω φ )2
  • 17. Donde Ua es la tensi�n aplicada, Ia es� la corriente del inducido, Ra es la resistencia del inducido, Tm es el par motor, kω es una constante y φ es el flujo magn�tico (funci�n de las corrientes en el inducido y en el campo). Por otro lado, el valor de la velocidad N[RPM] �de un motor de corriente continua en RPM es: N[RPM]�� =� (Ua� - Ia . Ra) / ( k . φ ) =� (k φ Ua� - Tm Ra) / ( k φ )2 Donde k es una constante que depende de las unidades. - Correcci�n del factor de potencia Si una carga inductiva con un consumo de potencia activa P y un factor de potencia en atraso sin corregir cosφ 1 se quiere llevar a un valor de factor de potencia en atraso corregido cosφ 2 , las potencias reactivas sin corregir y corregida Q1 y Q2, son respectivamente: � Q1 = P tanφ 1 = P� (1 / cos2φ 1 - 1) � Q2 = P tanφ 2 = P� (1 / cos2φ 2 - 1) La potencia reactiva en adelanto (capacitiva) QC que debe conectarse con la carga es: � QC = Q1 - Q2 = P (tanφ 1 - tanφ 2) = P� [(1 / cos2φ 1 - 1) - (1 / � cos2φ 2 - 1) ]
  • 18. La potencia activa P puede hallarse por medici�n directa o a partir del cociente entre la energ�a facturada y el per�odo de facturaci�n. Las potencias aparentes sin corregir y corregida S1 y S2, se relacionan mediante: S1� cosφ 1 = P = S2� cosφ 2 Comparando las corrientes de carga sin corregir y corregida I1 e I2, se tiene: I2 / I1 = S2 / S1 = cosφ 1 / cosφ 2 Para capacitores conectados en estrella, cada uno con una capacidad Cestr e instalados en derivaci�n en un sistema trif�sico con tensi�n de l�nea Vlin y frecuencia f, la potencia reactiva en adelanto (capacitiva) QCestr y la corriente de l�nea reactiva Ilin valen: QCestr = Vlin2 / XCestr = 2πf CestrVlin2 Ilin = QCestr / �3Vlin = Vlin / �3XCestr Cestr = QCestr / 2πf Vlin2 Para capacitores conectados en tri�ngulo, cada uno con una capacidad Ctriang e instalados en derivaci�n en un sistema trif�sico con tensi�n de l�nea Vlin y frecuencia f, la potencia reactiva en adelanto (capacitiva) QCtriang y la corriente de l�nea reactiva Ilin valen: QCtriang = 3Vlin2 / XCtriang = 6πf CtriangVlin2
  • 19. Ilin = QCtriang / �3Vlin = �3Vlin / XCtriang Ctriang = QCtriang / 6πf Vlin2 N�tese que para tener el mismo valor de QC: XCtriang = 3XCestr Ctriang = Cestr / 3 - Puesta a tierra La resistencia aproximada Rj de una jabalina de largo l enterrada en un terreno de resistividad el�ctrica Gt (Ohm . m), vale: Rj = 0,33 Gt para jabalinas de 3 m. Rj = 0,55 Gt para jabalinas de 1,50 m. Rj = Gt / l para jabalinas de otras longitudes. La resistencia aproximada Rm de una malla de puesta a tierra de �rea Am enterrada en un terreno de resistividad el�ctrica Gt (Ohm . m), es: � Rm = 0,5 Gt / (Am) - Verificaci�n de la corriente de cortocircuito de cables La secci�n de un cable debe satisfacer la siguiente desigualdad: � ( Icc . (t) / K ) � S[mm�] Donde Icc es la corriente de cortocircuito, t es el tiempo de desconexi�n de la protecci�n, K es un coeficiente que depende de la naturaleza del conductor y de sus temperaturas al principio y
  • 20. al final del cortocircuito y S[mm�] es la secci�n del conductor en mm�. � K = 115 en cables de cobre aislados en PVC � K = 74 en cables de aluminio aislados en PVC � K = 143 en cables de cobre aislados en XLPE � K = 92 en cables de aluminio aislados en XLPE - Ca�da de tensi�n en cables La ca�da de tensi�n que se produce en un cable puede calcularse en base a las siguientes f�rmulas aproximadas: ∆U[%] = 2 . l . I . (r . cos ϕ + x . sen ϕ) . 100 / UL��������������������������������� Para circuitos monof�sicos ∆U[%] = �3 . l . I . (r . cos ϕ + x . sen ϕ) . 100 / UL ����������������������������� Para circuitos trif�sicos Donde ∆U[%] es la ca�da de tensi�n porcentual, UL es la tensi�n de l�nea, l es la longitud del circuito, I es la intensidad de corriente de fase del tramo del circuito, r es la resistencia del conductor por unidad de longitud en C.A. a la temperatura de servicio, x es la reactancia del conductor por unidad de longitud a la frecuencia de red y cos ϕ es el factor de potencia de la instalaci�n. Si se tienen n consumos iguales uniformemente distribuidos:
  • 21. ∆U[%] = �3 . l . I . (r . cos ϕ + x . sen ϕ) . (n + 1) . 50 / (n . UL ) ������������������� Para circuitos trif�sicos Donde cada consumo toma una corriente (I / n) y est�n equiespaciados a una distancia (l / n). - C�lculo simplificado de iluminaci�n de interiores El flujo luminoso total φ T en un local de ancho a y largo b que requiere un nivel de iluminaci�n E, vale: φ T = E . a . b / (Ku . Kd) Ku es el factor de utilizaci�n que depende del tipo de luminarias y de la geometr�a y colores del local, y orientativamente se puede aproximar a 0,6 para artefactos con louvers y 0,5 para gargantas. Kd es el factor de depreciaci�n que depende del grado de limpieza del ambiente, y vale 0,8 para locales con limpieza facil y� 0,5 para locales con limpieza dif�cil. El nivel de iluminaci�n E se saca de tablas, y por ejemplo vale de 150 a 200 lux en oficinas. Si se instalan l�mparas de flujo luminoso unitario φ L, entonces la cantidad de l�mparas NL a instalar vale: NL =φ T / φ L = E . a . b / (φ L . Ku . Kd) - Bombas
  • 22. La potencia Pb [HP] en HP de una bomba para un l�quido de peso espec�fico g [kg/l] en kg/litro (1 para el agua), de rendimiento η b (0,6 a 0,8 en bombas centr�fugas), considerando un caudal de circulaci�n Q [l/h] en litros por hora y una altura manom�trica (altura est�tica mas altura de p�rdidas) a vencer h en metros, vale: Pb [HP] = Q [l/h] �. h . g [kg/l] / (3600 . 76 .� η b) Suele tomarse como seguridad un 20% m�s del valor de potencia calculado. - Ventilaci�n forzada El caudal de aire necesario Qa [m3/s] en m3/s de una instalaci�n de ventilaci�n forzada para evacuar una potencia calor�fica Pc en W y con un calentamiento del aire de refrigeraci�n ∆Ta en grados cent�grados, vale: Qa [m3/s] = 0,77 10-3 . Pc / ∆Ta Desde otro punto de vista, el caudal de aire necesario Qa [m3/s] en m3/s de una instalaci�n de ventilaci�n para un local cuyo volumen es de Vol m3 y que requiere n[ren/h] renovaciones de aire por hora (t�pico 6 a 9), vale: Qa [m3/s] = Vol . n[ren/h] / 60 La potencia Pv [HP] en HP de un ventilador de rendimiento η v (0,6 o menos), considerando el caudal de circulaci�n Qa [m3/s] en m3/s
  • 23. y una presi�n de impulsi�n pi [mm H2O] en mm de columna de agua, vale: Pv [HP] = 0,01308 Qa [m3/s] . pi [mm H2O] / η v - Potencia de refrigeraci�n Como se indic� anteriormente, la potencia el�ctrica Pent �en W que toma un equipo con rendimiento porcentual η [%] y que entrega una potencia P [HP] en HP, vale: Pent = Psal / η = P [HP] . 745,7 . 100 / η [%] Para trabajar en frigor�as (num�ricamente iguales a las kcal), y como� 1 frig / h =� 1,1628 W, resulta: Pent = Psal / η = P[frig/h] . 0,86 . 100 / η [%] Sin embargo, en aire acondicionado muchas veces se trabaja con la REE (Relaci�n de Eficiencia de Energ�a), que es el cociente entre las� frigor�as por hora y los watt de electricidad que utiliza la unidad; resultando la inversa del rendimiento. Con fines orientativos, digamos que en peque�os equipos toma valores comprendidos entre 1,25 y 1,50. Por otro lado, las necesidades de refrigeraci�n en oficinas rondan los 70 a 90 frig / h por metro c�bico. - M�quinas-herramientas La potencia el�ctrica Pent �en W que toma una m�quina- herramienta (por ejemplo un torno) que tiene un rendimiento η,
  • 24. cuyo elemento de corte se desplaza con una velocidad vc y ejerce una fuerza de corte Gc, vale: Pent = Gc . vc / η La fuerza de corte Gc, es el producto del esfuerzo espec�fico de corte σ c y de la secci�n de viruta Sc, y por lo tanto: Pent = σ c . Sc . vc / η El esfuerzo espec�fico de corte var�a con la composici�n del material y la secci�n de viruta. Con fines orientativos digamos que vale de 2,5 a 2,8 kgf/mm2 para el acero duro y semiduro. Si la secci�n de viruta resulta de Sc[mm2] mm2, el esfuerzo espec�fico de corte es de σ c[kg f/mm2] kgf/mm2, se tiene una velocidad de corte de v� m/s y un rendimiento porcentual η [%] entonces: Pent = 980,666 Sc[mm2] . σ c[kg f/mm2] . vc / η [%] 4 - C�lculo simplificado de cortocircuitos trif�sicos en redes no malladas - Corriente de cortocircuito La corriente de cortocircuito Icc en un lugar de una instalaci�n, con tensi�n entre fases Vlin e impedancia por fase estrella de cortocircuito Zcc , vale: Icc = Vlin / (�3 . Zcc)
  • 25. Donde la impedancia de cortocircuito Zcc, con su parte activa Rcc y reactiva Xcc, incluye todas las contribuciones desde los bornes del generador equivalente ideal y el punto de falla trif�sica: � Zcc = (R2cc + X2cc) - Contribuci�n a la impedancia de cortocircuito de� la red La contribuci�n ZccR� a la impedancia de cortocircuito de toda la red que se encuentra aguas arriba de un punto que se sabe que tiene una potencia de cortocircuito SccR y con tensi�n entre fases VR, resulta: ZccR = V2R / SccR���������������������������������������� ���� estimativamente puede tomarse SccR= 300 MVA para 13,2 kV RccR = ZccR . cos f������������������� estimativamente puede tomarse cos φ = 0,06 XccR = ZccR . sen f������������������� - Contribuci�n a la impedancia de cortocircuito de un transformador La contribuci�n ZccT a la impedancia de cortocircuito de un transformador, que tiene una potencia nominal ST, una tensi�n de cortocircuito porcentual VccT(%), unas p�rdidas en el cobre
  • 26. porcentuales PcuT(%) y con tensi�n entre fases vale VT, puede calcularse con: ZccT(%) = VccT(%) ZccT �= 0,01 . VccT(%) . V2T / ST RccT(%) = PcuT(%) RccT �= 0,01 . PcuT(%) . V2T / ST � XccT �= (Z2ccT - R2ccT) - Contribuci�n a la impedancia de cortocircuito de un cable La contribuci�n ZccC a la impedancia de cortocircuito de un cable de longitud lC, que tiene una resistencia por fase por unidad de longitud rC �y una reactancia por fase por unidad de longitud xC a frecuencia de red, puede calcularse con: � ZccC �= (R2ccC� + X2ccC) RccC� = lC . rC XccC� = lC . xC 5 - Otras datos complementarios - Constantes R = 8,31434 J / mol K����������������������� ���������� constante universal de los gases
  • 27. ����� gn = 9,80666 m / s2 ������������������������ ���������� aceleraci�n de la gravedad normal atm = 760 mm Hg = 101325� N / m2 presi�n atmosf�rica normal atm = 1013,25 mbar = 1013,25 hPa - Conversi�n de unidades brit�nicas 1 pulgada = 25,4 mm = 0,0254 m 1 milla = 1609,344 m � 1 libra = 0,45359 kgf = 4,4482 N � 1 circular mil = 5,06707 10-4� mm2 = 5,06707 10-10 m2 grados Cent�grados = (grados Fahrenheit - 32) . 5 / 9