Publicado: 21 de mayo de 2012
Categoría: Noticias del Sector
Un Camino para Economizar Energía y Preservar el Medio Ambiente
Dimensionamiento económico de conductores eléctricos conforme la norma iec 60287-3-2
Para la determinación de la sección económica de un conductor para un cierto circuito, sea en baja o media tensión, es recomendable utilizar la norma IEC 60287-3-2.
De acuerdo con IEC 60287-3-2:
- Para combinar los costos de compra e instalación con los costos de pérdidas de energía que surgen durante la vida económica de un cable, es necesario expresarlos en valores económicos comparables, que son los que se refieren al mismo punto en el tiempo. Además, resulta conveniente usar la fecha de compra de la instalación en este punto y referirlo como "presente". Los costos "futuros" de las pérdidas de energía, son entonces convertidos a su equivalente “valor presente". Esto, es realizado por el proceso de amortización, y la tasa de amortización está ligada al costo del dinero.
- Para calcular el valor presente del costo de las perdidas es necesario elegir valores apropiados al futuro desarrollo de la carga, aumentos anuales del precio de kWh y una tasa de descuento anual durante la vida económica del cable, que podría ser de 25 años o más.
Es sabido que, cuanto menor la sección nominal de un conductor eléctrico, menor es su costo inicial de adquisición e instalación y mayor es su costo operativo durante su vida útil.
De este modo, el costo total para instalar y operar un cable durante su vida económica, expresado en valores presentes, es calculado según la siguiente ecuación:
Costo Total=CT=CI+CJ
Dónde:
CI es el costo inicial de una longitud de cable instalado; CJ es el costo operativo equivalente en la fecha en que la instala- ción fue adquirida, es decir, el valor pre- sente, de las pérdidas por calentamiento durante la vida considerada.
La Gráfica 1 presenta las curvas típicas del costo operativo (CJ) y costo inicial de una instalación (CI) en función de la sección nominal de los conductores.
Según la Gráfica 1, la curva relativa al costo total presenta un punto de valor mínimo para una sección (mm2). De esta forma, se denomina como sección económica (Sec) de un circuito, aquella sección que resulta con el menor costo total de instalación y operación de un conductor eléctrico durante su vida económica considerada.
Dimensionamiento ambiental de conductores eléctricos
Cuando los conductores dimensionados por el criterio técnico (de menor sección) son substituidos por conductores dimensionados por el criterio económico (de mayor sección), la cantidad anual de reducción de emisiones de CO2 es dada por la siguiente fórmula:
Dónde:
Z1 = cantidad anual de reducción de emisiones de CO2, [kg-CO2]
Np = número de conductores de fase por circuito
Nc = número de circuitos que llevan el mismo tipo y valor de carga
I = corriente del proyecto, [A]
l = longitud del cable, [km]
R1 = resistencia del conductor por unidad de longitud dimensionado por el criterio técnico (menor sección), [ / km] – calculada conforme la ecuación [14]
R 2 = resistencia del conductor por unidad de longitud dimensionado por el criterio económico (mayor sección), [ /km] – calculada conforme la ecua- ción [14]
T = tiempo de operación por año [h/ año]
K1 = emisiones de CO2 en el momento de la generación por unidad de energía eléctrica, [kg-CO2/kWh]. En el caso Colombia, datos de 2006 indican un valor de K1 = 0.149 kg-CO2/kWh.
Aumento de las emisiones de CO2 en la fabricación de conductores por el aumento de la sección
El principal aumento en las emisiones de CO2, debido al aumento de la sección, ocurre en la producción de cobre, desde la mina hasta la fabricación del elemento conductor del cable. El aumento anual de las emisiones de CO2, en este caso, es dado por la siguiente expresión:
Dónde:
Z2 = cantidad anual de aumento de emisiones de CO2, [kg-CO2]
W1 = peso del conductor por unidad de longitud dimensionado por el criterio técnico (menor sección), [kg/km]
W2 = peso del conductor por unidad de longitud dimensionado por el criterio económico (mayor sección), [kg/km]
l = longitud del cable, [km]
K2 = emisiones de CO2 en el momento de la producción del cobre por unidad de cobre, [kgCO2/kg-Cu]. En el caso de Colombia, se recomienda utilizar K2 = 4.09 kg-CO2/kg-Cu
El resultado del dimensionamiento ambiental de conductores eléctricos puede ser determinado por Z1 – Z2. En la condición de Z1 – Z2 > 0, las reducciones en las emisiones de CO2 obtenidas por el uso de cables de mayores secciones durante la vida económica considerada compensaron los aumentos en las emisiones de CO2 debidas al proceso de fabricación de los cables con mayores secciones.
Conclusión
El considerar la sección económica de un conductor eléctrico, es un enfoque muy ventajoso por lo general y, particularmente, en los siguientes casos:
- En circuitos con secciones nominales ≥ 4 AWG obtenidas por el dimensionamiento técnico
- En circuitos que funcionan muchas horas por año, con corrientes que no presentan grandes variaciones
- En circuitos donde el criterio de dimensionamiento técnico que prevaleció fue el de capacidad de conducción de corriente. En este caso, se obtuvo la menor sección nominal posible y, en consecuencia, la mayor resistencia eléctrica y pérdida de energía.
Una ventaja adicional del dimensionamiento de un conductor por el criterio económico, es que habrá un aumento de su vida útil, debido al hecho de que el cable trabaja a menores temperaturas. Además, el conductor presentará un mejor comportamiento en relación a las corrientes de sobrecarga y cortocircuito.