La planificación de una instalación eléctrica en grandes proyectos comerciales e industriales es un proceso crítico que requiere precisión, conocimientos técnicos avanzados y un enfoque en la eficiencia y la seguridad.
Los proyectos eléctricos son la base técnica para que una edificación funcione de forma segura, continua y conforme a normativa. No se trata solo de “ubicar enchufes” o dibujar un diagrama. Un proyecto eléctrico bien desarrollado define cargas, alimentaciones, protecciones, canalizaciones, tableros, puesta a tierra y criterios de seguridad, dejando la obra lista para ejecutarse sin improvisaciones, sin riesgos y con trazabilidad técnica.
En proyectos industriales y mineros, la ingeniería eléctrica es clave para continuidad operativa, porque un error en diseño puede detener procesos, afectar equipos y elevar costos indirectos.
¿Qué es un proyecto eléctrico para instalar máquinas?
Un proyecto eléctrico es el conjunto de documentos técnicos que define cómo se diseña e implementa el sistema eléctrico de una obra. Considera la arquitectura, el uso del edificio, la potencia instalada, las cargas especiales, el crecimiento futuro y los requerimientos de seguridad. Su objetivo es que la instalación cumpla con los estándares exigidos y funcione de forma estable en operación real.
En el caso de una fábrica o industria que utiliza motores y máquinas eléctricas trifásicas, el proyecto debe establecer la forma de alimentar, proteger, controlar y mantener cada equipo. Zenta Ingenieria diseña y elabora proyectos electricos de fuerza motriz para fabricas o industrias que utilizan motores y maquinas electricas trifasicas.
Una evaluación completa para instalación de motores electricos, tableros electricos de fuerza, sistemas de respaldo de energia entre otras actividades permite determinar las condiciones técnicas necesarias antes de comenzar el montaje.
Un proyecto serio no se limita a “plano de enchufes”. Debe dimensionar conductores, definir protecciones, calcular demanda, establecer selectividad, determinar canalizaciones, tableros y esquemas, y coordinarse con las demás especialidades.
¿Cuándo se necesita un proyecto eléctrico?
Necesitas proyectos eléctricos en obras nuevas, ampliaciones, cambios de uso, remodelaciones con nuevas cargas o redistribución de recintos, y en cualquier habilitación comercial o industrial donde existan equipos de consumo relevante.
También es crítico cuando se requiere empalme nuevo, aumento de potencia, normalización de instalaciones existentes o implementación de sistemas como respaldo, UPS, generadores o tableros críticos.
Las instalaciones de fuerza incluyen una amplia variedad de posibilidades. Como la alimentacion de empalmes trifasicos para edificios y grandes establecimientos (colegios, institutos, etc). Montajes industriales para maquinas de produccion y mantenimiento.
Alcance de un proyecto para máquinas eléctricas
Un proyecto eléctrico completo define la arquitectura del sistema desde la alimentación hasta el último circuito. Considera el cálculo de demanda y potencia, la definición de tableros generales y secundarios, la distribución por circuitos, el dimensionamiento de conductores y canalizaciones, el diseño de protecciones y coordinación, y los sistemas de puesta a tierra y equipotencialidad.
También incorpora criterios de seguridad, segregación de circuitos, rutas de canalizaciones y detalles constructivos para ejecución.
Cuando aplica, incluye iluminación interior/exterior, alumbrado de emergencia, sistemas de respaldo, alimentaciones especiales, protecciones contra sobretensiones, continuidad de servicio y criterios de mantenimiento.
Elementos principales del alcance
- Diseño de proyectos y memoria tecnica de calculos.
- Instalacion electrica de circuitos de Fuerza.
- Diseño y montaje de tableros electricos de fuerza.
- Alimentación de empalmes trifásicos.
- Montajes industriales para máquinas de producción y mantenimiento.
- Sistemas de respaldo de energía.
- Puesta a tierra y equipotencialidad.
- Protecciones y coordinación de los dispositivos de seguridad.
- Canalizaciones y rutas de distribución.
Levantamiento de información y evaluación inicial
Antes de dimensionar la instalación es necesario conocer las características de las máquinas, su ubicación, su régimen de trabajo y las condiciones de operación de la planta.
La evaluación debe considerar la potencia instalada, las cargas especiales, el crecimiento futuro y los requerimientos de seguridad.
En instalaciones con motores, climatización, bombas, equipos de cocina, racks o procesos industriales, el análisis debe considerar corrientes de partida, caídas de tensión, capacidad de cortocircuito y escenarios de operación.
La evaluación completa permite revisar la infraestructura existente, identificar limitaciones y definir si son necesarias ampliaciones, modificaciones de tableros, nuevos alimentadores o sistemas de respaldo.
Consultoría eléctrica
Consultoria Electrica: Revisión de instalaciones electricas existentes, revision de planos electricos, revision de costos, evaluacion tecnico comercial de proyectos electricos nuevos o existentes.
Esquema unifilar y documentación técnica
El esquema unifilar es un diagrama que representa de manera simplificada el flujo de energía eléctrica.
En una instalación destinada a máquinas eléctricas, el esquema unifilar muestra la alimentación principal, los tableros, los interruptores, los alimentadores, los circuitos de fuerza, los motores y los principales elementos de protección.
Los proyectos eléctricos realizados por Ing. Proservices constan de un conjunto de documentos y planos que especifican y detallan todas las instalaciones eléctricas necesarias para un determinado proyecto o construcción.
La documentación técnica debe mantener coherencia entre los planos, las memorias de cálculo, las especificaciones, los cuadros de cargas y la instalación ejecutada.
Cálculo de cargas y dimensionamiento
El cálculo de las cargas eléctricas permite dimensionar correctamente los conductores, interruptores y otros elementos de la instalación.
En obra eléctrica, “estimaciones” mal hechas generan fallas reales. Un proyecto eléctrico profesional determina cargas y demanda para evitar sobredimensionar (costo innecesario) o subdimensionar (fallas, recalentamiento, disparos, pérdida de continuidad).
El cálculo debe considerar la potencia nominal de las máquinas, la simultaneidad de funcionamiento, las corrientes de arranque, el factor de potencia, las caídas de tensión y las condiciones de operación.
Además, define selectividad y coordinación de protecciones para que una falla no deje sin energía toda la instalación.
Aspectos que deben verificarse
- Potencia instalada.
- Demanda máxima.
- Corriente nominal de cada máquina.
- Corriente de partida de los motores.
- Caída de tensión.
- Capacidad de cortocircuito.
- Factor de potencia.
- Capacidad de los conductores.
- Capacidad de los interruptores.
- Simultaneidad de las cargas.
Alimentación de motores y circuitos de fuerza
La instalación eléctrica de fuerza debe proporcionar a cada máquina una alimentación adecuada, estable y protegida.
La Instalacion electrica de circuitos de Fuerza comprende la distribución de energía hacia motores, máquinas de producción, bombas, sistemas industriales y otros equipos de consumo relevante.
El diseño debe determinar el recorrido de los alimentadores, el tipo de conductor, la canalización, el método de conexión y los dispositivos de corte y protección.
En la instalacion electrica de fuerza es comunmente utilizado el sistema de canalizacion por bandejas, esto permite un sistema de mantenimiento simple y una facil conexion de nuevas maquinas o circuitos electricos a traves de la bandeja.
Las bandejas permiten organizar los conductores y facilitar futuras ampliaciones, siempre que se definan correctamente sus recorridos, soportes, capacidades y condiciones de mantenimiento.
Tableros eléctricos de fuerza
Los tableros eléctricos concentran la distribución, protección y control de los circuitos que alimentan las máquinas.
El proyecto debe definir la ubicación, capacidad, configuración, grado de protección, sistema de barras, dispositivos de maniobra y espacio disponible para ampliaciones.
El diseño y montaje de tableros electricos de fuerza debe responder a las características de las cargas y a las condiciones ambientales de la instalación.
Sistema de Barras Repartidoras para un Tablero Eléctrico de Distribución para Equipos en Líneas de Fabricación y Armado de Maquinaria y Calderería para la Industria Pesada y Minería.
Los problemas más habituales aparecen cuando el proyecto se desarrolla tarde o sin ingeniería. Entre los errores típicos están tableros mal dimensionados, protecciones no coordinadas, rutas de canalización inviables, ausencia de criterios de respaldo, puesta a tierra insuficiente, falta de separación entre fuerza y datos, y ausencia de reservas para crecimiento.
Evitar estos errores requiere diseño con criterio técnico y revisión cruzada antes de construir.
Protecciones eléctricas y coordinación
Las protecciones deben seleccionarse para proteger conductores, tableros, motores y equipos frente a sobrecargas, cortocircuitos, fallas a tierra, desequilibrios y otras condiciones anormales.
Present days, demand for electrical energy has been increasing progressively and the continuing liberalization process of the electricity market raises the operation values. For the reduction of these operations costs, this system is used to protect an electrical circuit from damage produced by overload or short circuit.
En distribución de energía eléctrica, un interruptor automático constituye un sistema de protección basado en sobrecarga que se conecta mediante un dispositivo para cerrar automáticamente el interruptor una vez que se ha abierto debido a una falla.
El proyecto debe definir la coordinación y selectividad de las protecciones para limitar el alcance de una falla y conservar el suministro en los circuitos que permanecen en condiciones normales.
Protección de motores
Esta instalación eléctrica se utiliza para proteger y controlar motores de baja tensión frente a condiciones de desequilibrio, falla a tierra, sobrecarga térmica y otras anomalías.
En este proyecto, diferentes sensores se utilizan para verificar continuamente los parámetros del motor. El microcontrolador utilizado en este proyecto comparará los datos de los sensores y activará el relé en consecuencia.
Este proyecto se utiliza para proteger el motor de inducción frente a la temperatura y las fases, porque el sobrecalentamiento de este motor puede reducir su vida útil y eficiencia.
Control, automatización y accionamiento
La instalación de una máquina eléctrica no termina con la conexión de su alimentación. En muchos procesos industriales también es necesario controlar el arranque, la parada, la velocidad, el sentido de giro y las condiciones de operación.
El proyecto se utiliza para controlar la velocidad de motores AC/DC en industrias mediante un teléfono móvil.
Este proyecto se utiliza para diseñar un controlador de motor utilizado en un vehículo eléctrico para accionar varios tipos de motores eléctricos, a saber, AC induction, PMSM y BLDC.
Este proyecto se utiliza para controlar la velocidad del motor paso a paso mediante señales PWM.
Este proyecto se utiliza para controlar motores eléctricos mediante un sistema de control PID para un motor de AC.
Un VFD (variable frequency drive) basado en PLC se utiliza para controlar la velocidad del motor con una buena regulación.
Este proyecto se utiliza para diseñar un sistema de control para un motor de inducción de anillos rozantes, incluyendo métodos de arranque, protección y control de velocidad con PLC (controlador lógico programable).
Operación en cuatro cuadrantes
El funcionamiento de un motor DC en cuatro cuadrantes proporciona una solución para las industrias. En las industrias se desarrollan muchos procesos en los que los motores se utilizan según los requisitos de la aplicación o de la carga.
Los motores pueden girar en sentido horario, antihorario y también utilizar y aplicar frenos inmediatamente en ambas direcciones.
Este proyecto se utiliza para controlar la velocidad del motor DC en los cuatro cuadrantes con la ayuda de una unidad de cuatro cuadrantes para controlar los modos de avance, retroceso, frenado hacia adelante y frenado hacia atrás de un motor DC.
Supervisión mediante PLC y SCADA
En las industrias a gran escala se desarrollan muchos procesos y no es posible supervisarlos y controlarlos manualmente al mismo tiempo.
Esto se consigue mediante la adopción de una tecnología como SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).
Se utiliza para supervisar y controlar datos en tiempo real de forma remota a través de la administración en industrias a gran escala.
Este proyecto se utiliza para controlar el funcionamiento de una caldera con PLC y SCADA. Este sistema utiliza dos sensores, presión y temperatura, para que la temperatura y la presión de la caldera puedan supervisarse continuamente.
Los valores de los sensores se obtienen mediante PLC y el algoritmo de control permite accionar los actuadores.
Este proyecto implementa un sistema de control de tráfico mediante PLC. Este sistema utiliza sensores fotoeléctricos para detectar la existencia de vehículos en diferentes cruces y proporcionar las señales hacia el PLC.
Este proyecto implementa un sistema de control de brazo robótico mediante PLC para obtener un control preciso.
Este proyecto diseña un sistema de control para un ascensor mediante PLC. Este sistema utiliza un sensor de efecto Hall para detectar la ubicación del ascensor y proporcionar la señal equivalente al PLC.
Arranque, velocidad y medición de motores
El proyecto eléctrico debe establecer la estrategia de arranque adecuada para cada máquina, especialmente cuando la corriente inicial puede afectar la red, provocar caídas de tensión o generar disparos intempestivos.
El objetivo principal de este proyecto es diseñar un tacómetro sin contacto para medir la velocidad del motor eléctrico.
Un instrumento como el tacómetro se utiliza para medir la velocidad de rotación del eje en el motor u otras máquinas.
Este proyecto diseña un controlador de accionamiento inteligente con un sistema de control PID para un motor de AC.
Este proyecto implementa una herramienta eficiente para supervisar y controlar este motor con alta precisión y velocidad.
Puesta a tierra, equipotencialidad y seguridad
La puesta a tierra y la equipotencialidad forman parte de los elementos esenciales de una instalación destinada a máquinas eléctricas.
El sistema debe permitir que las corrientes de falla encuentren un camino controlado y que las protecciones actúen de forma adecuada.
Entre los errores típicos están la puesta a tierra insuficiente, la falta de separación entre fuerza y datos y la ausencia de reservas para crecimiento.
Los criterios de seguridad deben definirse desde el diseño y mantenerse durante la construcción, la puesta en servicio, la operación, la reparación y el mantenimiento.
Normativa aplicable
Cumplir con las normativas locales e internacionales es crucial en cualquier proyecto eléctrico.
El Reglamento de Seguridad de Instalaciones de Consumo de Energía Eléctrica, Decreto Supremo 8 del 2019 del Ministerio de Energía, junto con los Pliegos Técnicos Normativos del Reglamento de Instalaciones de Consumo RIC-01 al RIC-19 es la nueva normativa vigente en Chile.
Los Pliegos Técnicos RIC establecen las exigencias que deben ser consideradas en el diseño, construcción, puesta en servicio, operación, reparación y mantenimiento de toda instalación de consumo de energía eléctrica en el país.
Cumplimiento normativo NCH4/2003 actualizaciones pliegos técnicos RIC: Nuestros proyectos cumplen con la normativa y regulaciones eléctricas nacionales para garantizar la seguridad de las personas y la integridad de la instalación.
Coordinación con arquitectura y otras especialidades
Los proyectos eléctricos deben coordinarse con arquitectura, climatización, sanitarios y corrientes débiles, porque comparten espacios técnicos, shafts, cielos y bandejas.
Una mala coordinación genera interferencias, cambios de ruta, pérdida de alturas libres y modificaciones en terreno que encarecen la obra.
Cuando el proyecto está bien coordinado, la ejecución se vuelve ordenada: rutas claras, tableros bien ubicados, accesos de mantenimiento definidos y documentación coherente con la realidad constructiva.
Simulación y diseño de máquinas eléctricas rotativas
Máquinas eléctricas rotativas como motores y generadores desempeñan un papel esencial en la sociedad como nunca se vio antes, estando presentes desde la concepción de la energía eléctrica - en usinas de energía, por ejemplo, hasta su utilización para fines industriales o domiciliarios.
Además, son responsables por la conversión electromecánica de energía (mecánica en eléctrica y viceversa, para garantizar una creciente mejora en la calidad de estos tipos de productos, maximizando su eficiencia energética y probando nuevas topologías de sus componentes, el uso de simulación computacional por sus idealizadores se ha intensificado masivamente.
Los ingenieros y proyectistas de estas máquinas necesitan tratar constantemente con diversos trade-offs en nivel de concepción y optimización.
De esta forma, la utilización de herramientas computacionales es imprescindible para acelerar y muchas veces posibilitar la solución de los problemas propuestos.
Ansys posee una metodología específica de análisis de estos tipos de dispositivos electromecánicos llamada EMDM (Electrical Machine Design Methodology), la cual presenta el estado de arte del proyecto en cinco niveles de complejidad:
- RMxprt - Proyecto analítico de máquinas.
- Maxwell 2D/3D - Análisis electromagnético vía Métodos de los Elementos Finitos.
- Optimetrics - Análisis de optimización, estadística, sensibilidad, etc.
- Multiphysics (Mechanical, Fluent) - Análisis térmico, estrés, vibración, etc.
- Simplorer - Simulación sistémica de circuitos y sistemas.
La primera etapa dice respecto al software Ansys RMxprt (Rotational Machine Expert). Este software es una herramienta numérica analítica de proyecto de máquinas eléctricas.
En él, el usuario es capaz de extraer las principales informaciones de la máquina (como desempeño y torque) y tomar decisiones con relación a los materiales a utilizar en el proyecto y modificaciones en la geometría.
Aunque utilice apenas formulaciones analíticas, el RMxprt posee dos cualidades altamente relevantes para el proyecto de máquinas: 1) tiempo de solución - como la repuesta se encuentra en el orden de segundos, se puede optimizar mucho el proceso considerando un alto número de variables y combinaciones, 2) conexión directa con software de elementos finitos (Ansys Maxwell), generando todo el proyecto automáticamente - geometría, propriedades de materiales, excitaciones, operaciones de malla, setup y posibles repuestas de interés.
La biblioteca del RMxprt posee las principales máquinas eléctricas rotativas utilizadas en la industria:
- Máquinas de inducción: Trifásica, Monofásica.
- Máquinas síncronas: Line-Start de imanes permanentes (PM), PM de velocidad ajustable, polos salientes, polos lisos.
- Conmutación por cepillos: DC, PMDC, Universal, alternador Claw-pole.
- Conmutación electrónica: BLPM, Reluctancia conmutada.
Una vez que se elija la máquina de interés y se inserten todas sus características geométricas y electromagnéticas, el proyecto está listo para analizarse.
Integración de soluciones de monitoreo y control
En una instalación industrial pueden integrarse sistemas de medición, comunicación y control para mejorar la supervisión de las máquinas y de la energía consumida.
Un analizador de potencia trifásico también se conoce como medidor de potencia de 3 fases. Este medidor se utiliza para medir el suministro trifásico según diferentes parámetros eléctricos como resistencia, corriente y tensión.
El diseño de este medidor puede realizarse utilizando dos medidores monofásicos con el eje.
Este proyecto ayuda a supervisar en tiempo real la temperatura de accesorios y conductores.
El sistema de control habilitado mediante Bluetooth y dispositivos de seguridad se utiliza para controlar aparatos electrónicos de forma segura.
En este proyecto se utiliza Bluetooth porque consume menos energía y es fácil de utilizar.
El objetivo principal de este proyecto es controlar un motor trifásico mediante tecnología inalámbrica como RF.
El diseño de este proyecto puede realizarse para encender y apagar el motor trifásico dentro del alcance del módulo RF.
Respaldo de energía y continuidad operativa
Los sistemas de respaldo deben contemplarse cuando una interrupción de suministro puede detener procesos, afectar equipos o comprometer la seguridad.
También es crítico cuando se requiere empalme nuevo, aumento de potencia, normalización de instalaciones existentes o implementación de sistemas como respaldo, UPS, generadores o tableros críticos.
La definición del respaldo debe considerar las cargas prioritarias, el tiempo de autonomía, la secuencia de transferencia y las condiciones de operación real.
La continuidad de servicio y los criterios de mantenimiento deben formar parte del diseño cuando las máquinas no pueden detenerse sin consecuencias operacionales.
Ejecución y montaje eléctrico
La etapa de ejecución es donde se materializa el diseño planeado.
La calidad del montaje eléctrico es esencial para el funcionamiento seguro y eficiente de las instalaciones industriales.
Un montaje eléctrico preciso es la base de cualquier operación industrial.
Durante la ejecución deben respetarse las rutas de canalización, las ubicaciones de tableros, la identificación de conductores, la separación de circuitos, las conexiones y los criterios de seguridad definidos en la ingeniería.
La instalación debe quedar documentada y ser coherente con la realidad constructiva.
Supervisión e inspección técnica de obra
La supervisión experta durante la implementación de proyectos eléctricos es fundamental.
El ITO es el encargado de supervisar que la instalación cumpla en cabalidad con la normativa vigente.
Una inspección técnica de obra eléctrica permite verificar la calidad del montaje, la correcta ejecución de los detalles y el cumplimiento de las exigencias establecidas.
La supervisión integral garantiza que su proyecto eléctrico se desarrolle sin problemas y alcance sus metas con éxito.
Puesta en servicio y mantenimiento
La puesta en servicio debe comprobar que los circuitos, protecciones, tableros, motores y sistemas de control funcionen conforme al diseño.
El mantenimiento preventivo y correctivo es esencial para asegurar la durabilidad y eficiencia del sistema eléctrico.
En la instalación eléctrica de fuerza, el sistema de canalización por bandejas permite un sistema de mantenimiento simple y una fácil conexión de nuevas máquinas o circuitos eléctricos a través de la bandeja.
El mantenimiento debe considerar inspecciones, revisión de conexiones, verificación de protecciones, control de temperatura, revisión de conductores y evaluación del estado de los motores.
La operación y el mantenimiento deben ejecutarse de acuerdo con los criterios definidos en el proyecto y con las exigencias normativas aplicables.
Errores frecuentes que deben evitarse
- Desarrollar el proyecto tarde o sin ingeniería.
- Estimar las cargas sin realizar cálculos eléctricos.
- Subdimensionar conductores o protecciones.
- Sobredimensionar equipos sin justificación técnica.
- Ignorar las corrientes de partida de los motores.
- Omitir la caída de tensión.
- Utilizar rutas de canalización inviables.
- Ubicar tableros sin considerar el mantenimiento.
- No coordinar la instalación con arquitectura y otras especialidades.
- Dejar una puesta a tierra insuficiente.
- No separar adecuadamente fuerza y datos.
- No reservar capacidad para el crecimiento futuro.
- Prescindir de criterios de respaldo.
- Ejecutar la obra sin supervisión técnica.
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