Diseño Electrico Del Centro de Control de Motores

Diseño Eléctrico del Centro de Control de Motores para
la nueva PTAR de la Planta de Producción de Papelsa -

Papeles y Cartones S.A, Ubicada en Barbosa Antioquia.
Edilson Nicolás Almanza Quintero
Universidad Antonio Nariño
Facultad de Ingeniería Mecánica, Electrónica y Biomédica
Tunja, Boyacá, Colombia
2020
Diseño Eléctrico del Centro de Control de Motores para
la nueva PTAR de la Planta de Producción de Papelsa -
Papeles y Cartones S.A, Ubicada en Barbosa Antioquia.
Edilson Nicolás Almanza Quintero
Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero Electromecánico
Director:
MSc, Ingeniero Juan David Rivera Niquepa
Universidad Antonio Nariño

Facultad de Ingeniería Mecánica, Electrónica y Biomédica
Tunja, Boyacá, Colombia
2020
Diseño eléctrico CCM Pag.3
Dedicatoria
Este trabajo está dedicado a mis hijos Maily y

Maicol, ya que son ellos el motor para seguir
adelante y querer tener un desarrollo
profesional y un ejemplo que ellos puedan
seguir.
También a mis padres, ya que de una u otra

forma a contribuido a que esta meta se pueda
lograr.
Agradecimientos
Agradezco a todo el cuerpo de docentes de la universidad, ya que cada una de sus

enseñanzas y consejos aporto un granito de arena en este proceso de formación que estoy
culminando.
Al ingeniero Juan David Rivera, como encargado del área de formación en redes eléctricas,
ya que cada una de las materias vistas durante la etapa de formación contribuyeron en
gran medida a la realización de este trabajo.
Un especial agradecimiento a la Universidad Antonio Nariño la cual gracias a su flexibilidad

en horarios de clase permite que las personas que trabajamos y estudiamos tengamos el
espacio necesario para culminar esta etapa de pregrado.
Resumen
Las nuevas regulaciones ambientales obligan a las industrias a cumplir con

parámetros mínimos de desechos contaminantes a los afluentes de agua, para este fin la
infraestructura de Papelsa no cuenta con la capacidad en su planta actual, por lo que se
debe realizar la construcción de una nueva planta de tratamiento de aguas residuales, la
cual debe contar con un diseño del sistema eléctrico que garantice su funcionamiento. Al
inicio del proyecto se realizará un estudio de carga de acuerdo a la proyección de equipos
a instalar, estos datos permiten realizar el dimensionamiento de conductores,
canalizaciones, protecciones eléctricas y los equipos del centro de control de motores
(CCM). La ingeniería del proyecto permite obtener cálculos precisos de algunos
subsistemas que tienen mayor riesgo de falla, como lo son: el sistema de protección contra
rayos, sistema de puesta a tierra y la coordinación de protecciones, con lo cual se logra
una correcta operación de la planta de tratamiento de aguas residuales. El costo del
proyecto se determina a partir del diseño eléctrico y las características técnicas de cada
uno de los equipos a usar, realizando una selección de la marca de equipos, en general,
se usarán variadores de velocidad marca Rockwell, arrancadores universales marca ABB
y protecciones generales marca ABB y Schneider. La carga que requiere la PTAR es de
222 kVA, con la mayoría de equipos a 480 V y 215 V y cableado eléctrico para motores
tipo VDF con aislamiento XHHW-2.
Palabras clave: planta, CCM, ingeniería, calculo, diseño, costo, VDF.

Abstract
The new environmental regulations oblige the industries to comply with the minimum
parameters of polluting residues towards the tributaries of the water, for this end the
infrastructure of Papelsa does not have the capacity in its current plant, therefore, it must
carry out the construction of a new, wastewater treatment plant, which must have an
electrical system design to ensure its operation At the beginning of the project, a load study
will be carry out according to the projection of the equipment to be installed, this data will
allow the dimensioning of conductors, pipes, electrical protections and the equipment of the
motor control center (MCC). The engineering of the project allows to obtain precise
calculations of some subsystems that have a higher risk of failure, such as: the lightning
protection system, the grounding system and the coordination of protections, with ensures
a correct operation of the plant wastewater treatment. The cost of the project is determined
from the electrical design and the technical characteristics of each equipment to be used,
making a selection of the brand of equipment in general, Rockwell variable speed drives,
ABB universal starters and general brand protections will be used. ABB and Schneider.
The load required by the WWTP is 222 kVA, with most equipment at 480 V and 215 V and
electrical wiring for XHHW-2 insulated AFD motors.
Key words: plant, MCC, engineering, calculation, design, cost, AFD.

CONTENIDO
Resumen .......................................................................................................................... 5
Abstract............................................................................................................................ 6
Lista de figuras ................................................................................................................ 8
Lista de tablas ............................................................................................................... 10
Lista de Símbolos y abreviaturas ................................................................................. 11
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 12
1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 15

1.1. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................... 15
1.1.1 NORMATIVIDAD. .......................................................................................... 15
1.1.2 PRESENTACIÓN DE PROYECTOS. ............................................................ 16
1.2. TEORÍA GENERAL. ............................................................................................................ 17
1.2.1. DISEÑO INSTALACIONES ELÉCTRICAS. .................................................. 17
1.2.2. DISEÑO ELÉCTRICO ................................................................................... 18
1.2.3. MEMORIAS DE CALCULO ........................................................................... 18
2. DESARROLLO METODOLÓGICO. ......................................................................... 37

2.1. RESUMEN DEL PROYECTO. ............................................................................................. 37
2.2. DESARROLLO DE MEMORIAS DE CALCULO................................................................. 38
2.2.1. ESTUDIO DE CARGA ................................................................................... 38
2.2.2. DISEÑO DE SISTEMA DE APANTALLAMIENTO PTAR ............................. 42
2.2.3. DISEÑO DE SPT PTAR ................................................................................ 46
2.2.4. ESTUDIO DE COORDINACIÓN PTAR. ........................................................ 54
3. ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................. 64

3.1.1. ANÁLISIS RESULTADOS DEL ESTUDIO DE CARGA. ............................... 64
3.1.2. RESULTADOS DEL DISEÑO ELÉCTRICO. ................................................. 66
3.1.3. PLANOS PARA CONSTRUCCIÓN Y ESTUDIO ECONOMICO. ................... 70
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................... 83
5. ANEXOS .................................................................................................................. 85
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 86
Lista de figuras
Figura 1- 1: Triángulo de potencias activa P y aparente S en un caso de cargas lineales
(caso ideal; sin distorsión - armónica). ........................................................................... 18
Figura 1- 2: Forma de onda ideal y forma de onda distorsionada .................................. 19
Figura 1- 3: Sobretensiones en una instalación eléctrica. .............................................. 20
Figura 1- 4: Coordinación entre la característica de operación de un descargador y la
curva voltaje – tiempo de un aislamiento. ....................................................................... 21
Figura 1- 5: Esquema de protección de un DPS dentro de una instalación. ................... 22
Figura 1- 6: Tipos de DPS de acuerdo a la norma IEC61343-11. .................................. 23
Figura 1- 7: Metodología para evaluar el nivel de riesgo y establecer las acciones de
protección....................................................................................................................... 24
Figura 1- 8: Pasos para el diseño de un SPT basado en la IEEE80. ............................. 27
Figura 1- 9: Costo inicial y costo operativo de los cables en función de la sección
nominal. ......................................................................................................................... 28
Figura 1- 10: Curvas y secuencia de disparo por cortocircuito y sobrecarga. ................ 30
Figura 1- 11: Equipos de protección para motores. ....................................................... 30
Figura 1- 12: Límites de aproximación y trabajo en cuartos técnicos. ............................ 36
Figura 2- 1: Datos usados para la determinación del índice de riesgo. .......................... 42

Figura 2- 2: Resultados de la evaluación del índice de riesgo. ...................................... 43
Figura 2- 3: Mediciones de resistividad para el área de bombeo inicial. ........................ 46
Figura 2- 4: Mediciones de resistividad para el área PTAR............................................ 47
Figura 2- 5: Calculo económico de conductores en acometidas de CCM principal. ....... 51
Figura 2- 6: Calculo económico de conductores en acometidas de CCM bombeo inicial.
....................................................................................................................................... 51
Figura 2- 7: Calculo económico de conductores en acometidas de CCM tablero bombas
de proceso. .................................................................................................................... 51
Figura 2- 8: Verificación de conductores en acometidas de CCM bombeo inicial. ......... 52
Figura 2- 9: Verificación de conductores en acometidas de CCM principal. ................... 52
Figura 2- 10: Verificación de conductores en acometidas de CCM tablero bombas de
proceso. ......................................................................................................................... 53
Figura 2- 11: Orden de disparo de protecciones para motores con VFD. ...................... 54
Figura 2- 12: Orden de disparo protecciones de motores con arranque directo. ............ 55
Figura 2- 13: Orden de disparo protecciones de circuito alimentador bombeo inicial ..... 55
Figura 2- 14: Orden de disparo de protección de transformador 5 kVA. ........................ 56
Figura 2- 15: Porcentajes de llenado de bandejas de potencia. ..................................... 57
Figura 2- 16: Porcentajes de llenado de bandejas de instrumentación y control. ........... 57
Figura 2- 17: Porcentajes de llenado de tuberías para acometidas de equipos a 480 V en
CCM principal. ................................................................................................................ 58
CCM bombeo inicial. ...................................................................................................... 58

CCM bombas de proceso. .............................................................................................. 58
Figura 2- 20: Zona de área clasificada reactor IC, clase I, división 2, grupo CD. ........... 59
Figura 2- 21: Zona de área clasificada Thiopaq, clase I, división 2, grupo CD. .............. 60
Figura 2- 22: Zona de área clasificada Gasómetro, clase I, división 2, grupo CD. ......... 60
Figura 2- 23: Zona de área clasificada antorcha, clase I, división 2, grupo CD. ............. 61
Figura 2- 24: Vista lateral clasificación de áreas PTAR. ................................................. 61
Lista de tablas
Tabla 1-1: Valores de impedancia (Z) en el secundario del transformador de acuerdo a la
IEC 60076-5. .................................................................................................................. 23
Tabla 1-2: Máximos valores de exposición a campos eléctricos y magnéticos. .............. 26
Tabla 1-3: Dimensiones y porcentaje de la sección de los tubos y tuberías. .................. 31
Tabla 1-4 Área de llenado permitidas en bandejas para tensiones con valores menores a
2000 V............................................................................................................................ 31
Tabla 1-5: Límites de aproximación a partes energizadas de equipos. .......................... 35
Tabla 2- 1: Análisis de cargas iniciales y futuras en equipos y tableros a 480 V en CCM

principal. ......................................................................................................................... 38
Bombeo inicial. ............................................................................................................... 39
Tabla 2- 3: Análisis de cargas iniciales y futuras en equipos de proceso a 124 V. ......... 40
Tabla 2- 4: Selección de DPS. ....................................................................................... 41
Tabla 2- 5: Análisis de cortocircuito línea – línea y línea – tierra para tableros nuevos. . 42
Tabla 2- 6: Ubicación de puntas captoras para aplicación del método de la esfera
rodante. .......................................................................................................................... 44
Tabla 2- 7: Análisis de riesgo PTAR Papelsa y medidas de corrección en el proyecto... 45
Tabla 2- 8: Datos de transformador 5 kVA bombas de proceso. .................................... 46
Tabla 2- 9: Cálculo de corriente para el diseño del sistema de puesta a tierra de la PTAR
entregado por Papelsa. .................................................................................................. 47
Tabla 2- 10: Datos de diseño SPT cuarto eléctrico CCM. .............................................. 48
Tabla 2- 11: Resultados del cálculo para el STP del cuarto eléctrico. ............................ 49
Tabla 2- 12: Datos de diseño SPT bombeo inicial. ......................................................... 49
Tabla 2- 13: Resultados del cálculo para el STP bombeo inicial. ................................... 49
Tabla 2- 14: Datos de diseño y resultado del SPT para el sistema de apantallamiento. . 50
Tabla 2- 15:Distancias de seguridad cuarto técnico PTAR Papelsa. .............................. 63
Lista de Símbolos y abreviaturas

k𝑊 Kilowatt en J/s
kVA Kilovoltiamperios
𝑃 Potencia eléctrica (kW)
𝑆 Potencia aparente (kVA)
𝑄 Potencia reactiva (𝑗𝑄)
𝐻𝑃 Caballos de potencia
𝑓𝑝 Factor de potencia
kWh Kilovatio por hora
𝐼 Corriente eléctrica (A)
𝑉 Tensión
𝐴 Área en m2
𝐸 Energía
𝜌 Resistividad en Ω
𝑙 Longitud en m
𝛥𝑡 Delta de tiempo
𝐶𝐼 Costo de instalación
𝐶𝐽 Costo de operación
𝐾 Constante de regulación
𝑇 Temperatura
𝜆 Temperatura de resistencia cero
𝐼𝐶𝐶 Corriente de cortocircuito en kA
𝐶𝐶𝑀 Centro de control de motores
𝑃𝑇𝐴𝑅 Planta de tratamiento de aguas residuales
INTRODUCCIÓN
Papelsa, Papeles y cartones S.A, es una compañía dedicada a la fabricación de cajas
de cartón corrugado, papel y laminas, su sede principal se encuentra ubicada en el
municipio de Barbosa Antioquia y cuenta con dos sedes alternas, una ubicada en el mismo
municipio y otra ubicada en Bogotá. Dentro de su sistema integrado medio ambiental,
busca garantizar que los desechos sobrantes del área de producción cuenten con un
tratamiento adecuado a la hora de verter estos líquidos en el rio Medellín. Lo anterior se
logra con una planta de tratamiento de aguas residuales PTAR, que cuente con tecnología
reciente.
El sistema eléctrico de una PTAR cuenta con cierta complejidad, porque está compuesto
en su gran parte por motores y bombas, que cumplen tareas específicas dentro del proceso
de tratamiento de agua.
Para el control de motores es necesario contar equipos como VDFs, Arrancadores

Universales, protecciones con cumplimiento de norma IEC60947-2 y una serie de
accesorios de control. Todos los equipos se deben concentrar en un CCM, que a través
de un sistema SCADA, puede realizar el control de cada uno de los equipos que intervienen
en el proceso.
Este proyecto presenta el desarrollo de ingeniería correspondiente al diseño eléctrico del

CCM para la nueva PTAR de Papelsa S.A, en esté se incluyen estudios de carga, selección
de equipos de control para bombas, motores y distribución de los mismos dentro de CCM.
Dentro del diseño eléctrico se realiza en análisis y desarrollo de cada uno de los literales
que aplican del numeral 10.1.1 del RETIE 2013 y un estudio económico que incluye el
costo de mantenimiento por 10 años.
Los cálculos más relevantes tienen que ver con el diseño del sistema de apantallamiento,
el diseño del sistema puesto a tierra (SPT), el estudio de validación de las protecciones en
BT, el estudio económico del proyecto, al igual que la edición de cada uno de los planos y
documentos para construcción con los cuales el constructor realizará la obra.
Descripción del problema
Actualmente, Papelsa cuenta con un sistema primario para el tratamiento de aguas

residuales industriales, por medio de una celda de flotación por aire de disolución (DAF),
este sistema cumple con la normatividad local vigente. Sin embargo, desde enero de 2016
entro en vigencia una nueva regulación (resolución 631 de 2015), por lo que el sistema
existente, no podrá cumplir con los nuevos parámetros requeridos de descargas de
afluentes (Ministerio de Ambiente y Desarrollo, 2015).
Como resultado se requiere una nueva planta de tratamiento de aguas residuales, para
estar de acuerdo con los nuevos parámetros de la regulación mencionada (Papelsa
Papeles y Cartones, 2018).
Para la operación de la nueva planta, es necesario la instalación de una serie de equipos

eléctricos, que son los encargados de realizar uno a uno los procesos de tratamiento del
agua, estos equipos requieren de una infraestructura eléctrica adecuada que garantice la
correcta operación del sistema y cumpla con cada uno de los lineamientos que establece
el RETIE (RETIE, 2013).
Justificación
El ministerio del ambiente en uso de sus facultades legales, considerando, que el artículo
49 de la constitución política establece, que el saneamiento ambiental es un servicio
público a cargo del estado, y que por lo anterior se publica la resolución 631 de 2015. Esta
tiene como objeto y ámbito de aplicación, establecer los parámetros y valores límites
máximos permisibles, que deberán cumplir quienes realizan vertimientos puntuales a los
cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público (Ministerio de
Ambiente y Desarrollo, 2015).
Los vertimientos se definen en aguas residuales domésticas, las cuales proceden de

hogares, colegios y restaurantes pequeños, y aguas residuales no domésticas, las cuales
proceden de actividades industriales y comerciales (Ministerio de Ambiente y Desarrollo,
2015).
Teniendo en cuenta que para Papelsa Papeles y Cartones S.A, es de vital importancia la
construcción adecuada de la nueva PTAR, es necesario realizar un diseño de todos los
componentes que influyen en la operación y tratamiento de agua de la planta, como las
obras civiles, obras de plomería, sistemas mecánicos y sistemas eléctricos de potencia y

control (Papelsa Papeles y Cartones, 2018).
El sistema eléctrico es un componente muy importante porque es el eje principal de

funcionamiento de la planta; éste interviene en cada uno de los procesos como, el bombeo
de aguas de una estación a otra, la inyección de agentes químicos para el tratamiento de
agua, la deshidratación de los lodos para la extracción de líquidos, en todos los sistemas
de medición que garantizan el correcto funcionamiento del proceso y los demás sistemas
auxiliares como, el sistema de iluminación, tomas de servicio y mantenimiento (PTAR
Salitre, Bogotá, 2019).
Teniendo en cuenta lo anterior, Papelsa requiere un diseño eléctrico del Centro de Control
de Motores de la Planta, que garantice el uso eficiente de la energía, un control adecuado
de los caudales y unos costos bajos de operación y mantenimiento (RETIE, 2013).
El diseño eléctrico debe cumplir cada uno de los lineamientos a que se obliga de acuerdo
al RETIE (RETIE, 2013).
Pregunta para investigación
¿Cómo establecer cual es la infraestructura eléctrica que requiere la nueva planta de

tratamiento de aguas residuales de Papelsa S A para su funcionamiento?
Objetivo General
Realizar el diseño eléctrico del Centro de Control de Motores para la nueva PTAR de la
Planta de Producción de Papelsa - Papeles y Cartones S.A, ubicada en Barbosa Antioquia.
Objetivos Específicos
▪ Ejecutar un estudio de carga de la planta teniendo en cuenta las condiciones

entregadas por el área de obra civil y mecánica del proyecto, que garantice un uso
eficiente de la energía eléctrica.
▪ Realizar cada uno de los cálculos que requiere el diseño eléctrico del CCM,
teniendo en cuenta los ítems que apliquen de acuerdo a lo establecido en el
numeral 10.1.1 del RETIE y las especificaciones técnicas entregadas por Papelsa.
▪ Realizar planos eléctricos para construcción y un estudio económico del proyecto.
1. MARCO TEÓRICO
1.1. ESTADO DEL ARTE
1.1.1 NORMATIVIDAD.
En Colombia, el ministerio de minas y energía, es el encargado de establecer los

reglamentos técnicos para la instalación de sistemas eléctricos, los cuales permitan
garantizar la protección a las personas, animales, bienes y equipos, en los que se tenga
algún tipo de intervención eléctrica (RETIE, 2013).
En el RETIE se establecen los lineamientos que garantizan los objetivos de protección

contra los riesgos de tipo eléctrico, para esto, se han recopilado los preceptos esenciales
que definen las condiciones técnicas básicas en la instalación de sistemas eléctricos y para
donde aplican dichas condiciones. Así mismo afianza todos los requisitos técnicos a tener
en cuenta entre, la red de generación, distribución, uso final, con los usuarios y
constructores (RETIE, 2013).
El Código Eléctrico Nacional (NEC), es una extensa colección de artículos que buscan
garantizar la segura instalación de los equipos eléctricos y el cableado eléctrico en los
Estados Unidos. El Código fue publicado originalmente en 1897, y ha sido actualizado en
numerosas ocasiones, por lo general cada tres años, desde entonces. El Código es una
publicación de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios, (NFPA), como parte
de su serie de códigos Nacionales de Incendios (NEC, 2017).
La versión más reciente del Código es la edición 2017, y como un libro encuadernado, es
de alrededor de 1.000 páginas, también está disponible en formato electrónico y tiene un
libro de explicación llamado NEC handbook (NEC, 2017).
Para Colombia se tiene la NTC-2050 la cual es una traducción del NEC, sin embargo, no
se tiene la traducción actualizada lo que hace que algunas partes del contenido sean
ambiguas y ya no cumplan con la normatividad actual (NTC-2050, 1998).
La IEC60947-2, establece los parámetros a tener en cuenta para una adecuada

coordinación de protecciones en BT, los tipos de protecciones a usar que garanticen una
selectividad optima, seguridad en las personas y que sean económicamente viables.
1.1.2 PRESENTACIÓN DE PROYECTOS.
En 2018 estudiantes de la Universidad Distrital, como parte de un trabajo final de grado

desarrollaron un proyecto, en esté, explican la metodología a usar en un estudio de
coordinación de protecciones con el Software ETAP, en este se desarrollan temas como
qué tipo de protecciones se deben usar de acuerdo al tipo de carga, tipos de curvas de las
protecciones y el ajuste de los tiempos de disparo térmico y magnético de las protecciones
(Vargas Ruiz & Ospina Usaquen, 2018).
En 2016, como parte de trabajo de pasantía, se presentó una descripción de la metodología

para la elaboración y presentación de proyectos eléctricos de subestaciones tipo local, este
describe y explica cada uno de los puntos exigidos en el RETIE para la presentación de un
diseño eléctrico y presenta varios ejemplos tomados de proyectos presentados a
CODENSA, EBSA, EMCALI, entre otras (Salamanca Gaviria, 2016).
Codensa presento la versión 3 de la guía para la presentación de diseños eléctricos en

media y baja tensión, en agosto de 2019, la cual ha sido desarrollada, con el fin de orientar
al diseñador, respecto a los lineamientos legales y técnicos relevantes al proceso de
radicación de diseños para su conexión al sistema de distribución local (ENEL Codensa,
2019).
El grupo empresas públicas de Medellín (EPM), contiene la publicación en su página el

documento, de presentación de proyectos eléctricos particulares para la conexión al sistema
de distribución eléctrica, en este documento se establecen requisitos para la presentación
de diseños eléctricos para particulares, redes de distribución y alumbrado público (EPM,
2017).
1.2. TEORÍA GENERAL.
Un Centro de Control de Motores (CCM) es el encargado de alimentar proteger y controlar

acometidas eléctricas para motores dentro de una industria, dentro de sus componentes se
tienen sistemas de arranque como son variadores de frecuencia (VDFs), contactores y
arrancadores universales, los cuales se encargan de controlar el encendido, apagado y en
algunos casos como los VDF se controla la velocidad de funcionamiento (Siemens, 2019).
Un VDF es un equipo que tiene un circuito electrónico, esté realiza una conversión de
corriente alterna (CA) a corriente directa (CD) mediante un rectificador y posteriormente de
CD a CA mediante un inversor el cual puede variar la tensión y frecuencia de salida hacia
el motor, con lo cual se puede tener una variación en su velocidad, obteniendo ahorros de
energía y prolongando la vida útil de dichos motores (Centelsa, 2018).
El uso de VDFs en la industria reduce considerablemente los efectos de distorsión armónica

en la red, evitando la deformación de la onda de 60Hz a niveles medidos en %, creando
perturbaciones en la red eléctrica que pueden disminuir el factor de potencia, y obligando a
usar bancos de condensadores para mitigar efectos de energía reactiva en la instalación.
Los arranques universales son equipos electromecánicos que cuentan con un sistema de
arranque electrónico estrella – triangulo, relés de sobrecarga, relés de sobretensión y
detección de falla en alguna de las líneas (ABB, 2020).
1.2.1. DISEÑO INSTALACIONES ELÉCTRICAS.
En Colombia, todas las instalaciones eléctricas, sin excepción, deber cumplir los requisitos
establecidos por el RETIE, los cuales deben velar por la vida de las personas, una
protección de los animales y la vegetación, y una protección de los bienes inmuebles. Para
instalaciones eléctricas con capacidad instalada igual o mayor de 9 kW, deben contar con
un diseño eléctrico realizado por un profesional competente y autorizado para el desarrollo
de dicha actividad, dependiendo del tipo de instalación, este diseño puede ser detallado o
simplificado tal y como lo establece el artículo 10 del RETIE (RETIE, 2013).
1.2.2. DISEÑO ELÉCTRICO
El diseño eléctrico debe contener una memoria de cálculo para cada uno de los literales
relacionados en el numeral 1.2.3 de este documento, la profundidad con que se manejen
dependerá del riesgo asociado y el análisis del profesional que lo realice.
1.2.3. MEMORIAS DE CALCULO
a. Carga eléctrica requerida incluido crecimiento a futuro, incluyendo determinación

de factor de potencia y la distorsión armónica en la red.
La determinación de la carga eléctrica necesaria, es muy importante en los proyectos

eléctricos, en estos se pauta punto por punto la información de las cargas eléctricas, la
descripción de las potencias que maneja cada uno de los equipos a instalar, la capacidad
de las protecciones, el calibre de los conductores y el número de circuitos para un tablero
eléctrico en particular, o para toda la instalación (RETIE, 2013).
Las cargas de demanda se definen en caballos de potencia (HP) o en kilo Watt (kW) como
lo muestra la Ecuación 1.
1𝐻𝑃 = 0,745 𝑘𝑊 [1]
El factor de potencia está definido como la relación entre potencia activa, P, y potencia
aparente, S, (ver Figura 1-1), éste entrega una medida de la capacidad de una carga de
absorber potencia activa. Para cargas resistivas el factor de potencia es 1 y en cargas
capacitivas e inductivas que tienen un valor de resistencia muy bajo lo cual es
despreciable, el factor de potencia se considera 0. De acuerdo a lo anterior el factor de
potencia se puede considerar para valores entre 0<fp<1 y la definición matemática se
relaciona en la Ecuación 2.
Figura 1- 1: Triángulo de potencias activa P y aparente S en un caso de cargas lineales

(caso ideal; sin distorsión - armónica).
Fuente: (Expósito, Ramos, & Santos, 2007).

𝑃
𝑓𝑝 = [2]
𝑆
En circuitos no lineales, la onda no es totalmente senoidal debido a que estas cargas crean
corrientes armónicas, las cuales se pueden representar por la tasa de distorsión armónica
(THD), para este caso el 𝑓𝑃 está determinado por la Ecuación 3:
𝑃 𝑃
𝑓𝑝 = = [3]
𝑆 √𝑃2 + 𝑄2 + 𝐷2
Donde, 𝑃, es la potencia activa, 𝑄, es la potencia reactiva y 𝐷 es la componente de

distorsión.
La selección del conductor eléctrico depende de la tensión del sistema, la carga y el factor
de potencia con los que se halla la corriente, el valor de la corriente para un sistema
trifásico, se determina a partir de la Ecuación 4.
𝑃
𝐼= [4]
√3 ∗ 𝑉 ∗ 𝑓𝑝
Donde, 𝑃 es la carga en 𝑉𝐴, 𝑉 es la tensión del sistema y 𝑓𝑃 , el factor de potencia.
Los armónicos son es el resultado de una serie de variaciones adecuadamente

acomodadas en un rango o frecuencia de emisión, estas también llamadas perturbaciones
ocurren por la presencia de cargas combinadas tipo resistivo, inductivo y capacitivo las
cuales generan distorsión en la onda de tensión como se muestra en la Figura 1-2 (Circutor,
s.f.).
Figura 1- 2: Forma de onda ideal y forma de onda distorsionada
Fuente: (Circutor, s.f.).
Dentro del diseño eléctrico se deben tener presentes las perturbaciones en la red. Los
porcentajes de perturbación los define el estándar IEC 61000-2-4, dentro del cual se
establecen tres clases.
▪ Clase 1: Equipos sensibles con % de distorsión máximo 5 %.

▪ Clase 2: Cargas cercanas al centro de medida con % de distorsión máximo 8 %.
▪ Clase 3: Cargas lejanas de circuitos con % de distorsión máximo 10 %.
Si los valores de acuerdo a la clase y equipo superan estos porcentajes se deben tomar
medidas de corrección como la instalación de bancos de condensadores para
compensación de la potencia reactiva del sistema (Circutor, s.f.).
Para realizar un análisis de armónicos se usa un software como ETAP, ya que el modelo
matemático usa el método de Newton-Raphson, lo cual lo hace muy extenso.
b. Coordinación de aislamiento eléctrico por sobretensiones.
El aislamiento eléctrico tiene en cuenta sobretensiones atmosféricas, de maniobra y

temporales como lo muestra la Figura 1-3.
Figura 1- 3: Sobretensiones en una instalación eléctrica.
Fuente: (Ruiz Rojas & Lozano Bayona, Coordinacion de aislamiento, 2017).
Cuando se tienen proyectos en BT, la principal causa de daño del aislamiento en los
conductores se produce por causa de sobretensiones atmosféricas, por lo que se debe
realizar análisis de riesgo por rayos e instalar dispositivos de protección contra
sobretensiones (DPS).
Para que exista una adecuada coordinación de aislamiento como lo muestra la Figura 1-4
es necesario que la curva de tensión transitoria (curva A), esté siempre por encima de la
curva de operación del DPS (curva B), manteniendo un espacio entre las curvas.
Figura 1- 4: Coordinación entre la característica de operación de un descargador y la curva

voltaje – tiempo de un aislamiento.
Fuente: (Ruiz Rojas & Lozano Bayona, Coordinación De Aislamiento Centrales Y

Subestaciones, 2007).
La norma IEC 61643-11 establece los parámetros a tener en cuenta cuando se seleccionan
DPS para tensiones menores a 1000 V, de acuerdo a lo siguiente:
𝐼𝑖𝑚𝑝 : Corriente de impulso de rayo en forma de onda 10/350 𝜇𝑠 que un dispositivo puede
soportar.
𝐼𝑚𝑎𝑥 : Corriente máxima de descarga en forma de onda 8/20 𝜇𝑠 que un dispositivo puede
soportar
𝐼𝑛 : Corriente nominal de descarga en forma de onda 8/20 𝜇𝑠 que un dispositivo puede
soportar por mínimo 20 veces.
𝑈𝑝 : Nivel de protección, que es el valor máximo residual entre los bornes en aplicación de
una corriente de cresta nominal
𝑈𝐶 : Tensión máxima de funcionamiento la cual puede ser aplicada permanentemente en
los bordes del dispositivo.
La Figura 1-5 muestra el esquema de protección de un DPS dentro de una instalación, en

esté se evidencia que el valor de 𝑈𝑝 < 𝑈𝑒 , para que se pueda garantizar la protección.
Figura 1- 5: Esquema de protección de un DPS dentro de una instalación.
Fuente: (Cirprotec, 2018).
Donde, 𝐼, es la corriente que circula por el circuito y 𝑈𝑒 es la tensión máxima soportada por
los equipos dentro de la instalación.
Para la selección de la 𝑈𝑝 del equipo se tiene en cuenta lo siguiente:

▪ Si la tensión nominal de línea a tierra del sistema está por debajo de los 150 V, el nivel
de protección 𝑈𝑝 puede estar entre los 0,8 kV y los 1,5 kV.
▪ Si la tensión nominal de línea a tierra del sistema está entre 150 V y 440 V, el nivel de
protección 𝑈𝑝 puede estar entre los 1,5 kV y los 2,5 kV.
▪ Si la tensión nominal de línea a tierra del sistema es mayor de 440 V, el nivel de
protección 𝑈𝑝 puede estar en 4 kV.
La Figura 1-6 define los tipos de DPS de acuerdo a las clases de pruebas establecidas en
la norma IEC 61643-11 y los usos de cada uno teniendo en cuenta la zona de protección
definida en la IEC 62305-4.
Figura 1- 6: Tipos de DPS de acuerdo a la norma IEC61343-11.
Fuente: (Cirprotec, 2018).
c. Cálculo del valor cortocircuito línea – línea y línea – tierra
El cálculo de cortocircuito se realiza para establecer la corriente de cortocircuito en el

circuito alimentador, esté permite seleccionar la capacidad interruptiva en 𝑘𝐴, de la
protección general y verificar el conductor seleccionado, esta verificación se puede realizar
mediante un modelamiento matemático, al igual que sobre software de simulación como
ETAP.
La norma IEC 60076-5 fija los siguientes valores característicos de la impedancia de

cortocircuito para transformadores de dos arrollamientos como lo muestra la Tabla 1-1.
Tabla 1-1: Valores de impedancia (Z) en el secundario del transformador de acuerdo a la

IEC 60076-5.
Potencia nominal Impedancia [Z]
kVA %
Hasta 630 4.0
631 a 1250 5.0
1251 a 3150 6.25
3151 a 6300 7.15
6301 a 12500 8.35
12501 a 25000 10.0
25001 a 200000 12.5
Fuente: (International Electrotechnical Commission, 2006)
d. Estudio de nivel de riesgo por descargas atmosféricas, junto con medidas de

protección.
El estudio de riesgo por rayos se realiza con el fin de reducir los daños físicos sobre
estructuras debido a descargar directas e indirectas, si el análisis determina la necesidad
de instalar medidas de protección, se realiza la instalación de barreras de protección tanto
externas como internas, que permitan brindar protección a las estructuras, a los bienes y
servicios, y a las personas. Los parámetros establecidos para la evaluación de riesgo por
rayos y las medidas para mitigarlos los definen la IEC 62305-1, 2 y 3, y para Colombia la
NTC-4552-1, 2 y 3, las cuales establecen los métodos de evaluación, los distintos diseños
del sistema de apantallamiento y las condiciones técnicas generales requeridas (NTC-
4552-2, 2008).
La Figura 1-7 muestra la metodología a seguir para evaluar el nivel de riesgo y establecer
acciones de protección.
Figura 1- 7: Metodología para evaluar el nivel de riesgo y establecer las acciones de

protección.
Fuente: (NTC 4552, 2004).
La metodología a usar en el análisis de riesgo por rayo esta descrita en la NTC-4552-1,2

y 3, esté documento no se incluye ya que contiene un análisis extenso que no es posible
anexar. De otra parte, en la actualidad existen software de simulación como EC Risk
Assessment Calculator el cual está basado en la norma IEC 62305-2 y puede determinar
la necesidad o no de implementar un sistema de protección contra descargas atmosféricas.
e. Riesgos de naturaleza eléctrica y medidas de corrección.

Los riesgos que genera un sistema eléctrico son:
▪ Trabajos sin tensión

▪ Arco eléctrico
▪ Trabajos con tensión que puedan ocasionar contactos involuntarios ya sean directos o
indirectos.
▪ Descargas atmosféricas
▪ Picos altos de tensión
▪ Incendios por sobrecarga en la red eléctrica.
▪ Suspensión de servicio a causa de disparos por cortocircuito.
▪ Valores de tensión de paso y contacto.
Cualquier instalación eléctrica está determinada como alto riesgo, si no tiene medidas de
protección que eviten comprometer la salud o vida de las personas, por lo anterior, es
necesario realizar una evaluación de la probabilidad que ocurra algún tipo de accidente, la
gravedad de este y las condiciones del medio ambiente; con estos datos se determinara
en nivel de riesgo. El modelo de la matriz de análisis de riesgos se puede evidenciar en el
artículo 9.1 del RETIE (RETIE, 2013).
f. Nivel tensión requerido necesario.
El nivel de tensión requerido se basa en la carga y equipos a instalar, tales como motores,
motobombas, equipos especiales, luminarias, servicios etc. Este punto es de alta
importancia ya que con el nivel de tensión se especifican transformadores, protecciones,
conductores, corrientes, DPS, distancias de seguridad, entre otros que son el eje principal
de la instalación eléctrica y el diseño correcto de cada uno sus componentes (NTC-2050,
1998).
g. Cálculo de campos eléctricos y magnéticos.
El RETIE establece los límites de exposición a campos electromagnéticos en el artículo

14.3, donde se determina que la exposición a campos electromagnéticos, se puede dar en
algunos lugares y tipos de instalación específicos. Si las personas que están cerca dichos
lugares o instalaciones, no deben ser expuestos a campos que superen los datos de la
Tabla 1.2, la cual se muestra a continuación (RETIE, 2013).
Tabla 1-2: Máximos valores de exposición a campos eléctricos y magnéticos.

Exposición en horas. Valor de campo Valor de flujo
eléctrico (kV/m) magnético (UT)
Personas que trabajen jornada continua 8.3 1000
durante 8 horas.
Personas cerca que estén hasta ocho 4,16 200
horas continuas
Fuente: (RETIE, 2013, pág. Tabla 14.1).
h. Selección y cálculo de transformadores.
En esta sección se deben especificar las características técnicas de los transformadores

que forman parte del sistema eléctrico y que entregaran el servicio de energía con el nivel
de tensión adecuado. La carga a utilizar en los cálculos será la carga demandada en kVA,
aplicando el factor de demanda, que determina la NTC-2050 en sus secciones 220, 430-
24, 430-25, 430-26 (NTC-2050, 1998).
i. Cálculo del SPT.
El SPT es uno de los componentes más importantes en una instalación eléctrica, ya que
tiene como objetivo limitar la tensión que presentan las masas respecto a tierra, garantizar,
la vida de las personas, la seguridad en las instalaciones y la coincidencia
electromagnética (Casas Ospina, 2005).
La norma IEEE80, como lo muestra la Figura 1-8, establece los pasos a seguir y el
modelamiento matemático, para el diseño de un sistema de puesta a tierra, teniendo en
cuenta aspectos como: datos de campo (valores de resistividad y área del terreno), la
corriente de diseño, los electrodos, el área del conductor. Los resultados deben arrojar
valores de tensiones de paso y contacto menores a las soportadas por el cuerpo humano
(Casas Ospina, 2005).
En la actualidad existen software como ASPIX, que permite simplificar el modelamiento

matemático y entrega resultados en muy corto tiempo, por lo que se usa con frecuencia en
este tipo de diseños.
Figura 1- 8: Pasos para el diseño de un SPT basado en la IEEE80.
Fuente: (IEEE Standards, 2000).
j. Selección de conductores, analizando las pérdidas y costos de la energía, que

permitan establecer su menor costo.
Para instalaciones de consumo en baja tensión el dimensionamiento técnico del conductor

eléctrico es aquel que aplica los requisitos de la norma NCh Elec.4/2003. Los requisitos
de la norma consideran lo siguiente:
▪ Sección del conductor mínima.

▪ Capacidad de corriente de conductor seleccionado.
▪ Caída de tensión en el circuito.
▪ El tipo de protección contra sobrecarga de conductor
▪ El tipo de protección contra cortocircuito del conductor.
Las pérdidas de energía 𝐸 en el conductor estas dadas por la Ecuación 5:
𝑙
𝐸 = 𝜌 ∗ ∗ (𝐼𝑚𝑎𝑥 )2 ∗ 𝛥𝑡 [5]
𝑆
Donde, 𝜌 es la resistividad del conductor, 𝑙 es la longitud del conductor y 𝑆 es la sección

transversal del conductor.
El costo operativo 𝐶𝐽 depende las perdidas 𝐸 y el costo de la energía $𝑘𝑊ℎ, y lo define la ecuación
6.
𝐶𝐽 = 𝐸 ∗ $𝑘𝑊ℎ [6]
Según la NCh Elec.4/2003 las resistividades de los materiales a 20°C son: para el cobre
18.35𝑥10−9 Ω𝑚, y para el aluminio 30.3𝑥10−9 Ω𝑚.
Para hallar el valor total 𝐶𝑇 de uso durante la vida útil del conductor se usa la Ecuación 7:
𝐶𝑇 = 𝐶𝐼 + 𝐶𝐽 [7]
Donde, 𝐶𝐼 es el costo instalación en pesos del cable, teniendo en cuenta la distancia de

éste, 𝐶𝐽 es el costo de operación en pesos en la fecha en que el cable fue comprado, esto
quiere decir que es el valor presente de las pérdidas Joule durante su vida útil de N
cantidad de años (Procobre, 2003).
La Figura 1-9, muestra las curvas de cada uno de los costos operativo y costo inicial de
instalación con respecto a la sección del conductor (Procobre, 2003).
Figura 1- 9: Costo inicial y costo operativo de los cables en función de la sección nominal.
Fuente: (International Copper & Procobre, 2001).
k. Verificación de cumplimiento para conductores seleccionados.
Para la protección contra cortocircuito se debe verificar la temperatura máxima a la que

puede ser expuesto del conductor durante un tiempo específico antes de perder sus
propiedades y que debe cumplir con el tiempo de desconexión del interruptor y la corriente
de cortocircuito máxima, garantizando que el conductor no sufra deterioro alguno (IEC

60909, 2001).
La verificación de conductores que establece la IEC 60909 de acuerdo a la Ecuación 8:
𝑇2 + 𝜆
𝑙𝑜𝑔
𝑇1 + 𝜆
𝐼𝐶𝐶 = 𝐴 ∗ 𝐾 ∗ √( ) [8]
𝑡
Donde: 𝐼𝐶𝐶 es la corriente de cortocircuito máxima permisible en el conductor de acuerdo

al cable y al tiempo de disparo de la protección, 𝐴 es el área del conductor el 𝑚𝑚2 , 𝐾 toma
un valor para el cobre de 341 y para el aluminio de 224, 𝜆 es una temperatura de resistencia
cero la cual es para cobre de 234 y para el aluminio de 228, 𝑡 es el tiempo de duración del
cortocircuito en segundos, 𝑇1 es la máxima temperatura de operación del cable teniendo
en cuenta el tipo de aislamiento [para XHHW-2 = 90°] y 𝑇2 es la máxima temperatura
permisible en estado de falla.
l. Selección de elementos para sujeción y estructuras de acuerdo a los esfuerzos

que van a ser sometidos.
Este cálculo se realiza con el fin de verificar que cada uno de los materiales empleados en
el diseño, el montaje de la estructura y su forma constructiva garanticen que se cumple
con los esfuerzos mecánicos que pueda llegar a someterse, este punto aplica
principalmente para infraestructuras eléctricas aéreas y se calcula solo cuando es
necesario y requerido por la empresa prestadora del servicio (RETIE, 2013).
m. Cálculo y coordinación de protecciones contra sobre corrientes.
El estudio de coordinación de protecciones se realiza con el fin de garantizar que las

protecciones seleccionadas dentro del proyecto, cumplan con características de
selectividad y secuencia de disparo en cortocircuito y sobrecarga, teniendo en cuenta las
curvas de disparo como lo muestra la Figura 1-10, en la que se evidencia que las curvas
de las protecciones D1 y D2 tienen un espacio visible, el cual garantiza, que frente a una
eventual falla por cortocircuito siempre se dispare D2 y garantiza a continuidad en el
servicio (Schneider Electric, 2014).
Figura 1- 10: Curvas y secuencia de disparo por cortocircuito y sobrecarga.
Fuente: (Schneider Electric, 2014).
Para garantizar una selectividad amperimétrica se realiza un ajuste en el tiempo de disparo

de la protección D1, el ajuste por sobrecarga se realiza con Ir2 e Ir1, las cuales varían en
función de la corriente nominal 𝐼𝑛 de cada protección (Schneider Electric, 2014).
Para aplicaciones de protección a motores se debe asegurar aislamiento, control,

protección contra sobrecargas, protección contra cortocircuitos y protecciones
complementarias como lo muestra la Figura 1-11. Existen distintos equipos de protección
contra sobrecargas, como lo son VDFs, Unidades de Control Universales; las protecciones
contra cortocircuitos generalmente son únicamente magnéticas con ajustes de hasta 12
veces la corriente nominal.
Figura 1- 11: Equipos de protección para motores.
Fuente: (Schneider Electric, 2014).

n. Selección de canalizaciones teniendo en cuenta las áreas de llenado.
En esta sección se realiza el cálculo y selección de cada una de las canalizaciones y ductos
(diámetros de tuberías, dimensiones de bandejas y cárcamos) para el cableado eléctrico,
las cuales deben garantizar el cumplimiento a los porcentajes de llenado permitidos en la
NTC-2050. La Tabla 1-3 muestra los porcentajes y cantidad de hilos dentro de tuberías y
la Tabla 1-4 muestra el área de llenado y las condiciones a tener en cuenta de acuerdo al
calibre del cable instalado en canalizaciones tipo bandeja (NTC-2050, 1998).
Tabla 1-3: Dimensiones y porcentaje de la sección de los tubos y tuberías.

Tamaño comercial Tuberías eléctricas metálicas EMT
Pulgadas mm Diámetro Sección total Dos hilos Mas de dos Un hilo,
interior mm 100% mm2 31% mm2 hilos. 40% mm2 53% mm2
½ 16 15.80 196.1 60.85 78.71 103.87
¾ 21 20.93 343.9 106.45 137.42 182.58
1 27 26.64 557.4 172.90 223.23 296.48
1¼ 35 35.05 965.2 299.35 385.81 511.61
1½ 41 40.89 1313.2 407.1 525.16 696.13
2 53 52.50 2165.2 670.97 865.80 1147.09
2½ 63 69.37 3779.3 1171.61 1511.61 2008.22
3 78 85.24 5707.1 1123.87 2282.58 3024.51
3½ 91 97.38 7448.4 2309.03 2979.35 3947.73
4 104 110.08 9518.0 1014.84 3807.09 5044.51
Fuente: (NTC-2050, 1998).
Tabla 1-4 Área de llenado permitidas en bandejas para tensiones con valores menores a
2000 V
Fuente: (NTC-2050, 1998).
Adicionalmente se debe cumplir que el máximo porcentaje de llenado de las bandejas porta
cables no debe superar el 50% de su área disponible total, tal y como lo establece el RETIE
(RETIE, 2013).
o. Perdidas de energía.
Las pérdidas de energía se calculan teniendo en cuenta la resistividad propia de los

conductores dentro de una instalación y la potencia aparente que se relaciona con el factor
de potencia como se evidencia en la Figura 1-1 (Gaviria, 2016).
Las pérdidas de energía 𝑃𝑃 en un sistema trifásico, están determinadas por la Ecuación

9:
𝑆 ∗ 𝑙 ∗ 𝑅𝐶𝐴
%𝑃𝑃𝑡𝑟𝑖𝑓𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 = ∗ 100 [9]
𝑉 2 ∗ 𝑓𝑝
Donde, 𝑆 es la potencia aparente en 𝑘𝑉𝐴, 𝑙 es la longitud del circuito, 𝑅𝐶𝐴 es la resistencia

en corriente alterna, que define la Tabla 9 de la NTC-2050 para cables de cobre o aluminio,
𝑉 es la tensión del sistema y 𝑓𝑝 es el factor de potencia de la carga:
Las pérdidas de energía 𝑃𝑃 en un sistema monofásico, están determinadas por la

Ecuación 10:
𝑆 ∗ 𝑙 ∗ 𝑅𝐶𝐴
%𝑃𝑃𝑚𝑜𝑛𝑜𝑓𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 = ∗ 200 [10]
𝑉 2 ∗ 𝑓𝑝
p. Cálculo de regulación.
La regulación es la caída de tensión, esté es un factor importante dentro de una instalación

eléctrica y depende de la distancia del circuito o acometida, la corriente que circula en un
momento determinado, la resistencia equivalente del conductor y la tensión de la red.
El porcentaje de regulación para un sistema trifásico lo define la Ecuación 11:
√3 ∗ 𝑅𝐸𝑄 ∗ 𝐼 ∗ 𝑙
%𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 = [11]
10 ∗ 𝑉
Donde, 𝐼 es la corriente que circula por el circuito que se define en la Ecuación 4, 𝑙 es la

longitud de la acometida en metros y 𝑅𝐸𝑄 es la regulación equivalente del conductor
seleccionado que está definida por la Ecuación 12.
𝑅𝐸𝑄 = 𝑅𝐶𝐴 ∗ 𝑓𝑝 + 𝑋𝐿 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝜃 [12]
Donde, 𝑅𝐶𝐴 es la resistencia que define la Tabla 9 de la NTC-2050 para cables de cobre o
aluminio, 𝑓𝑝 es el factor de potencia, 𝑋𝐿 es la reactancia definida en la Tabla 9 de la NTC-
2050 y 𝑠𝑒𝑛𝜃 es la relación entre la potencia reactiva y la potencia aparente de la carga.
El porcentaje de regulación para un sistema monofásico lo define la Ecuación 13:
2 ∗ 𝑅𝐸𝑄 ∗ 𝐼 ∗ 𝑙
%𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑚𝑜𝑛𝑜𝑓𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 = [13]
10 ∗ 𝑉
q. Clasificación de áreas dentro de la instalación.
El NEC en sus artículos 500 al 504 define 3 clases de áreas, las cuales están asociadas a
las sustancias que están en el medio ambiente como sigue:
▪ Clase I: Gases, vapores y líquidos inflamables.

▪ Clase II: Polvos combustibles.
▪ Clase III: Fibras y partículas combustibles.
Por otra parte, están las divisiones, que se dividen en dos, estas tienen que ver con las
cantidades de partículas expuestas en las clases I, II y III y que de acuerdo a la cantidad
pueden llegar a mezclas explosivas.
▪ División 1: Condiciones de Operación o de Mantenimiento normales

▪ División 2: Operación anormal, o lugares cercanos a División 1.
Dentro de cada clase se encuentran grupos de material más precisos y que tienen en
cuenta su poder explosivo como se muestra a continuación.
▪ Para Clase I se dividen en 4 grupos: A (Acetileno), B (Hidrógeno), C (Etileno) y D

(Propano).
▪ Para Clase II, únicamente en División 1, se divide en 3 grupos: E (Metales), F (Carbón) y
G (granos orgánicos).
▪ Para la Clase III, por el tipo de material se clasifican en un único grupo.
r. Elaboración de planos unifilares para construcción.
Los diagramas unifilares son una parte vital de cualquier proyecto eléctrico, en ellos se
muestra con claridad cada uno de los elementos que componen la instalación eléctrica, los
tableros a construir, las protecciones a utilizar, así como la disposición eléctrica de dichos
elementos.
s. Edición de planos y condiciones eléctricas generales para construcción.
Los planos y esquemas eléctricos muestran el detalle de la distribución de equipos y

cableado en campo, la distribución y disposición de los tableros eléctricos, las rutas de
cableado y la canalización a usar.
Los planos a presentar en un proyecto deben contener:
Localización Geográfica: Esta se puede buscar mediante la aplicación de Google Maps,

trasladándola al plano como imagen.
Localización General: Es la vista en planta de la construcción arquitectónica y eléctrica,

esta se puede a escala 1:100, pero podrá aumentar o disminuir según el área de
construcción.
Planta de distribución de equipos en cuartos eléctricos: Esta muestra la ubicación de

cada uno de los tableros y la canalización de llegada a éstos.
Cortes: Si es necesario se deben presentar cortes de tableros y rutas a utilizar que

garanticen que no haya cruces con otros servicios en las áreas de intervención de las
obras.
Convenciones: Es la forma de representar los diferentes elementos que conforman los

planos, es de vital importancia incluir todas las convenciones a la normatividad eléctrica de
acuerdo con cada operador de red.
Notas: Son especificaciones de información referente al proyecto, como el nombre, el

diseñador, condiciones especiales que no pueden quedar en los planos arquitectónicos,
especificaciones complementarias a la norma, entre otras.
Resumen del proyecto: En este se deben dejar datos como: nombre del proyecto,
localización, municipio, propietario, altura sobre el nivel del mar, temperatura mínima y
máxima, coordenadas del proyecto, tipo de servicio, clasificación del uso final, demanda
máxima, capacidad instalada, cantidad de usuarios, diseñador eléctrico y fecha.
t. Otras especificaciones técnicas que requiera la instalación referentes a

materiales y otros.
Son las especificaciones de cada uno de los materiales y equipos a usar dentro del
proyecto, la normatividad que deben cumplir y características mínimas aceptables, los
demás complementarios que se requieran para áreas con clasificación especial. Todos
los productos a usar deben contar con certificación RETIE, y/o estar homologados por
normas internacionales que coincidan y apliquen para Colombia (Papelsa Papeles y
Cartones, 2018).
u. Establecer las distancias de seguridad necesarias.
El RETIE establece distancias mínimas entre redes energizadas y construcciones, las

cuales deben garantizar la seguridad de las personas, los bienes inmuebles y los
animales, también se establecen distancias de seguridad mínimas para realizar trabajos
en cuartos eléctricos, CCMs y subestaciones, la marcación y uso de EPPs que se debe
tener en cada uno de estos lugares (RETIE, 2013).
La Tabla 1-5 y la Figura 1-12 muestran los límites de aproximación a partes energizadas
de equipos de acuerdo a la NFPA 70E (RETIE, 2013).
Tabla 1-5: Límites de aproximación a partes energizadas de equipos.
Fuente: (RETIE, 2013).

Figura 1- 12: Límites de aproximación y trabajo en cuartos técnicos.
Fuente: (RETIE, 2013, pág. fig 9).
v. Determinación de algún tipo de desviación técnica NTC 2050 siempre que sea
permitido y garantizando la seguridad de la instalación y las personas.
En los casos más típicos se realiza desviación a la norma técnica colombiana por que se
realizan ajustes a otras normas con las cuales se tiene coincidencia, pero hay cambios
en algún tipo de aspecto. Un ejemplo de este es ajustarse a una norma europea que tiene
coincidencia con norma americana, pero hay algunos cambios es aspectos técnicos.
w. Otros estudios que requiera la instalación.
Estudios adicionales que requiera el proyecto para garantizar la seguridad de las

personas y de la instalación.
2. DESARROLLO METODOLÓGICO.
En este capítulo se muestran el desarrollo de las memorias de cálculo realizadas para cada
uno de los literales que muestra el numeral 2.1. El diagrama unifilar y cuadros de carga
que son la base todos los cálculos se pueden evidenciar en el anexo V (diagrama unifilar
general y cuadros de carga R1), este muestra la información detallada de la instalación y
equipos dentro de la PTAR.
2.1. RESUMEN DEL PROYECTO.
▪ Nombre del Proyecto: Construcción Planta de tratamiento de aguas residuales

industriales
▪ Localización: Transversal nordeste 999 18
▪ Municipio: Barbosa, Antioquia
▪ Propietario: Papeles y cartones S.A (Papelsa S.A)
▪ Altura sobre el nivel del mar: 1300 msnm
▪ Temperatura mínima: 18 °C
▪ Temperatura máxima: 32 °C
▪ Temperatura promedio: 22.2 °C
▪ Coordenadas del proyecto: 6°26'43.8"N 75°19'28.2" W
▪ Tipo de servicio: Industrial - Ampliación interna sin solicitud de ampliación de demanda
▪ Clasificación del uso final: Instalación especial – Uso Industrial con áreas clasificadas
▪ Demanda máxima: 222 kVA
▪ Capacidad instalada: 373.2 kVA
▪ Cantidad de usuarios: Usuario existente – Uso de reserva existente
▪ Diseñador eléctrico: Edilson Nicolas Almanza Quintero
▪ Fecha: diciembre de 2019
2.2. DESARROLLO DE MEMORIAS DE CALCULO.

2.2.1. ESTUDIO DE CARGA
a. Carga eléctrica requerida incluido crecimiento a futuro, incluyendo determinación

de factor de potencia y la distorsión armónica en la red:
Las cargas a considerar se dividen en 2 tipos:
▪ Cargas a 480 V. Motores y alimentadores de tableros.

▪ Cargas a 215/124 V. Pequeños motores y equipos, servicios auxiliares, iluminación
y sistema regulado.
El área de ingeniería civil y mecánica de Prodeing suministra el listado de equipos, Tag,

Componente, tipo de arranque requerido, tensión de funcionamiento, carga en HP y
ubicación dentro de la PTAR. Con los datos anteriores los cuales se relacionan en las
Tablas 2-1, 2-2 y 2-3.
La Tabla 2-1 muestra el componente, el tipo de arranque, la capacidad de carga en HP y

kVA, el factor de potencia y el tipo de carga (3 para cargas trifásicas, 2 para cargas
bifásicas o monofásicas), para equipos a 480 V ubicados en el CCM principal, la cual es el
resultado del estudio de carga.
Todas las bombas que cuentan con arranque por VDF, cuenta con una de respaldo. En
general solo se tendrá en funcionamiento una a la vez.

principal.
Tablero CCM Cuarto Eléctrico – 480 V - PBR11
Tipo
Carga Tipo Tipo Voltaje Carga Carga Carga
Tag Componente FP de
No. Arranque Carga [V] [HP] [kW] [kVA]
carga
1 A08.S.01 Soplador de aire VDF LL 480 60 44,8 0,95 47,12 3
2 A08.S.02 Soplador de aire VDF LL 480 60 44,8 0,95 47,12 3
Tab. auxiliar soplador
3 A08.S.01.A1 Alimentador LL 480 10 7,5 0,95 7,85 3
aire
Tab. auxiliar soplador
4 A08.S.02.A1 Alimentador LL 480 10 7,5 0,95 7,85 3
aire
Tablero bombeo inicial -
5 PBR11C55 Alimentador LL 480 21,4 19,7 0,93 21,1 3
480V
6 A02.P.01 Bomba de mezcla VDF LL 480 15 11,2 0,95 11,78 3
7 A02.P.02 Bomba de mezcla VDF LL 480 15 11,2 0,95 11,78 3
8 A06.P.01 Bomba alimentación IC VDF LL 480 20 14,9 0,95 15,71 3
9 A06.P.02 Bomba alimentación IC VDF LL 480 20 14,9 0,95 15,71 3
Bomba de reinyección
10 A08.P.01 VDF LL 480 40 29,8 0,95 31,41 3
aerobio
Bomba de reinyección
11 A08.P.02 VDF LL 480 40 29,8 0,95 31,41 3
aerobio
Bomba de recirculación
12 A11.P.01 VDF LL 480 7,5 5,6 0,95 5,89 3
de lodos a aerobio
Bomba de recirculación
13 A11.P.02 VDF LL 480 7,5 5,6 0,95 5,89 3
de lodos a aerobio
14 A07.S.01A Thiopaq - motor blower Directo LL 480 4 3,0 0,86 3,47 3
Thiopaq - bomba
15 A07.S.01B Directo LL 480 2 1,49 0,86 1,73 3
centrifuga iwaki
Bomba de entrega de
16 A10.P.01 VDF LL 480 3 2,2 0,95 2,36 3
agua tratada
Bomba de entrega de
17 A10.P.02 VDF LL 480 3 2,2 0,95 2,36 3
agua tratada
Bomba de lodos a
18 A12.P.01 VDF LL 480 3 2,2 0,95 2,36 3
deshidratador
Bomba de lodos a
19 A12.P.02 VDF LL 480 3 2,2 0,95 2,36 3
deshidratador
Deshidratador de lodos
20 A12.SB.01 Alimentador LL 480 11 8,2 0,9 9,12 3
tornillo
Unidad de preparación
21 A12.A.01 Alimentador LL 480 3 2,2 0,9 2,49 3
de polímero
Agitador de preparación
22 A04.A.01 Directo LL 480 4 3,0 0,86 3,47 3
de nitrógeno
24 A09.B.01 puente barredor de lodos VDF LL 480 2 1,5 0,95 1,57 3
25 A12.P.03 Bomba de polímero VDF LL 480 2 1,5 0,95 1,57 3
26 A12.P.04 Bomba de polímero VDF LL 480 2 1,5 0,95 1,57 3
Equipo hidroneumático
27 A12.X.01 Alimentador LL 480 1 0,7 0,86 0,87 3
deshidratador
Directo -
28 T-LODOS Tolva de lodos LL 480 1,5 1,1 0,86 1,30 3
reversible
TRPRO-01 - Trafo 3F - 480/215/124 V
29 Alimentador LL 480 4,9 3,6 0,90 4,04 3
PBR11C54 - Proceso 215V
TRSA-01 - Trafo 3F - 480/215/124 V
30 Alimentador LL 480 32 42,0 0,93 45,16 3
PBR11AUX – Serv auxiliares PTAR
TRAR-01 -
TRAFO 3F - 480/215 -
31 PBR11AUX Alimentador LL 480 6,70 5,0 0,95 5,26 3
124 V -Ser aux CCM
CCM
40 DPS1 DPS N/A
CCM1- Tablero Principal PTAR -
41 Alimentador LL 480 244 207,8 0,93 221,6 3
PBR11 CCM
Fuente: (Autor).

bifásicas o monofásicas), para equipos a 480 V ubicados en el CCM del área de bombeo
inicial.

Bombeo inicial.
Tablero CCM Bombeo Inicial – 480 V - PBR11C55
Tipo
Tag Componente FP de
No. arranque carga [V] [HP] [kW] [kVA]
carga
1 A01.P01 Bomba de agua cruda VDF LL 480 20 14,92 0,95 15,71 3
2 A01.P02 Bomba de agua cruda VDF LL 480 20 14,92 0,95 15,71 3
Transformador ilumin -
3 TRAR-02 Alimentador LL 480 1,4 1,0444 0,9 1,16 3
tomas servicios
4 DPS N/A 480
Tablero bombeo inicial -
5 CCM2-TG2 Alimentador LL 480 21,4 19,69 0,93 21,1 3
480V
Fuente: (Autor).

bifásicas o monofásicas), para equipos de proceso a 124 V ubicados en el CCM principal.
Tabla 2- 3: Análisis de cargas iniciales y futuras en equipos de proceso a 124 V.

Tablero proceso – 220 V - TRPRO-01 - PBR11C54
Tipo
TAG Componente FP de
No. arranque carga [V] [HP] [kW] [kVA]
carga
Muestreador automático
1 A02.QM.01 Alimentador NL 124 0,33 0,25 0,95 0,26 1
entrada
Bomba dosificadora de
2 A03.P.01 Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
soda
3 A03.P.02 Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
soda
4 A04.P.01 Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
urea
5 A04.P.02 Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
urea
6 A05.P.01 Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
ácido fosfórico
bomba dosificadora de
7 A05.P.02 Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
ácido fosfórico
Thiopaq - bomba de
8 A07.S.01C Directo NL 124 0,17 0,13 0,87 0,15 1
químicos
Muestreador automático
9 A10.QM.01 Alimentador NL 124 0,33 0,25 0,95 0,26 1
salida
10 A07.QT.01 Antorcha Alimentador NL 124 1 0,75 0,95 0,79 1
Thiopaq - bomba
11 A07.S.01D dosificadora de Directo NL 124 0,5 0,37 0,87 0,43 1
nutrientes
Tablero PLC
12 A12.SB.01.A1 Alimentador NL 124 1,5 1,12 0,95 1,18 1
deshidratador de lodos
13 DPS
14 TGP-215V Tablero proceso - 220V Alimentador LL 220 4,9 3,6 0,90 4,04 3
Fuente: (Autor).
El análisis de armónicos determina que la instalación esté dentro de los rangos tolerables
de acuerdo a la IEC 61000-2-4, en el anexo XVI (análisis de armónicos), se puede
evidenciar el estudio realizado en el software ETAP 16.0.
b. Coordinación de aislamiento eléctrico por sobretensiones.
Para la selección de los DPS a usar en este proyecto se basa en la norma IEC 61643-11,
teniendo en cuenta lo siguiente:
▪ Los CCM a 480 V se consideran cuadros de distribución los cuales están dentro del tipo
2 o ensayo clase II y la zona de protección es LPZ2 de acuerdo al diseño del sistema
de apantallamiento descrito en el literal d, del numeral 2.1.2, lo anterior considera un
nivel de riesgo medio en su clasificación.
▪ El CCM a 215 V se considera subtablero y está dentro del tipo 2 o ensayo clase II y la
zona de protección es LPZ2 de acuerdo al diseño del sistema de apantallamiento
descrito en el literal d, del numeral 2.1.2, lo anterior considera un nivel de riesgo bajo
en su clasificación.
▪ Para determinar la tensión máxima de funcionamiento 𝑈𝐶 se aplica la Ecuación 14.
𝑈𝐶 = 𝑈𝐿𝑇 ∗ 1,1 [14]
Donde, 𝑈𝐿𝑇 es la tensión línea – tierra de alimentación.
▪ La selección de la corriente nominal de descarga tiene en cuenta dos aspectos: el

primero es la corriente de cortocircuito de falla a tierra en el tablero donde se va a
instalar el equipo, y el segundo la corriente de pico del nivel de riesgo del sistema de
protección contra rayos.
▪ La selección de la tensión residual 𝑈𝑃 entre los bornes, se aplica lo descrito en el
numeral 1.2.3, literal b.
La Tabla 2-4 Muestra el resumen de los DPS seleccionados para el proyecto.
Tabla 2- 4: Selección de DPS.

Tablero proyectado Tensión Clasificación Riesgo DPS seleccionado
PBR11 Cuadro de Medio Uc ≥ 1.1*277.1 = 304.8 V
CCM principal 480 V distribución In=20 kA (Onda 8/20 us)
Up=1.5 kV
Clase II
PBR11C55 Cuadro de Medio Uc ≥ 1.1*277.1 = 304.8 V
Tablero Bombeo 480 V distribución In=20 kA (Onda 8/20 us)
inicial Up=1.5Kv
Clase II
PBR11C54 Sub-Tablero Bajo Uc ≥ 1.1*124 = 136.4 V
Tablero Bombas 215 V In=20 kA (Onda 8/20 us)
Proceso Up=0.85 kV
Clase II
Fuente: (Autor).
c. Cálculo del valor de cortocircuito línea – línea y línea – tierra.
Para realizar el estudio de cortocircuito y falla a tierra se toma como referencia la corriente
de cortocircuito del punto de conexión del alimentador, la cual es de 46 kA de acuerdo a
los datos entregados por Papelsa.
Con este valor y mediante la herramienta ETAP 16.0, se realiza la simulación del sistema
diseñado que arroja los datos relacionados en la Tabla 2-5.
Tabla 2- 5: Análisis de cortocircuito línea – línea y línea – tierra para tableros nuevos.
Nombre del tablero Corriente de cortocircuito L-G Corriente de cortocircuito 3F
[kA] [kA]
Tablero principal PTAR - CCM 14,866 21,553
Tablero bombeo inicial - 480V 1.452 2,413
Tablero bombas de proceso 0.302 0,303
Fuente: (Autor).
El estudio de cortocircuito en 3 fases y falla a tierra se puede evidenciar en los anexos XIV
(Estudio de cortocircuito L-G) y XV (Estudio de cortocircuito 3F).
2.2.2. DISEÑO DE SISTEMA DE APANTALLAMIENTO PTAR
d. Estudio de nivel de riesgo por descargas atmosféricas y sus medidas de

protección.
Para la determinación del índice de riesgo se usa la herramienta IEC RISK, la cual se basa
en los cálculos de la IEC 62305-2, donde se puede evidenciar el procedimiento a seguir.
La Figura 2-1 muestra los datos ingresados para la simulación y la Figura 2-2 muestra el
resultado del análisis.
Figura 2- 1: Datos usados para la determinación del índice de riesgo.
Fuente: (Autor).
Figura 2- 2: Resultados de la evaluación del índice de riesgo.
Fuente: (Autor).
De acuerdo con los parámetros computados en el el programa IEC Risk Assessment

Calculator, basado en la Norma EC 62305-2 y las condiciones propias del área se concluye
que SI se requiere la implementación de un sistema integral de protección contra rayos
SIPRA, como lo muestra la Figura 2-2.
El análisis realizado con base en la NCT-4552-2, da como resultado el requerimiento de

apantallamiento con una clase tipo I devido a que el analisis de areas clasificadas
determina una atmosfera explosiva en la parte superior del reactor IC (ver literal q
clasificacion de areas), igualmente se requiere la implementación del sistema de protección
contra sobretensiones DPS, el cual está dirigido a la protección de los equipos ante
perturbaciones que ingresen al sistema por la alimentación eléctrica.
De la misma forma una consideración importante es realizar las conexiones

equipotenciales del sistema de protección, es decir que todas las partes metálicas deben
garantizar continuidad eléctrica entre si para evitar diferencias de potencial que puedan
afectar a las personas y/o equipos.
Con base en el método electro geométrico y las condiciones físicas del Proyecto
Construcción Planta de Tratamiento de Agua Residual Industrial; tenemos los
siguientes datos de entrada para el cálculo de las áreas protegidas:
Ip = 17 kA
Rsc = 35 m. Radio de la esfera rodante según NTC 4552.
Se tomarán como estructuras de referencia para el diseño, la estructura que contiene el

cuarto eléctrico, el tanque del reactor IC y los postes del sistema de iluminación:
La Tabla 2-6 muestra la ubicación propuesta para la aplicación del método de la esfera
rodante en el plano arquitectónico 3D.
Tabla 2- 6: Ubicación de puntas captoras para aplicación del método de la esfera

rodante.
Altura total
Punta No. de la punta Ubicación
HT [m]
1, 2, 3 Y 4 17 4 puntas instaladas estructura superior del cuarto eléctrico de la PTAR
5, 6 Y 7 29 3 puntas ubicadas en estructura superior de reactor IC
8, 9, 10 Y 11 7,9 4 puntas ubicadas en postes colindantes con la vía
Fuente: (Autor)
Con las alturas de las puntas captadoras planteadas en el diseño se logra la protección
integral de todas las estructuras dentro del área de la PTAR; el modelamiento de la esfera
rodante se puede evidenciar en los anexos II (apantallamiento esferas rodantes 3D R1),
III (apantallamiento vista lateral 1), IV (apantallamiento vista latera 2) y XI (apantallamiento
y SPT unificado R1) y el diseño del SPT para el SIPRA se puede evidenciar el en literal i,
de este documento.
e. Riesgos de naturaleza eléctrica y medidas de corrección.
Se realiza el análisis de acuerdo con la matriz de riesgo de la Figura 2 del RETIE y teniendo
en cuenta los factores de riesgos más comunes de la Tabla 7 del RETIE. Los resultados
del análisis y las medidas de protección a tomar se pueden evidenciar en la Tabla 2-7.
Tabla 2- 7: Análisis de riesgo PTAR Papelsa y medidas de corrección en el proyecto.

Análisis de riesgos eléctricos implementar
medidas de protección
Matriz de riesgo Medidas de protección
Factor de
Nivel de
riesgo Gravedad Frecuencia
riesgo
Se respetan distancias de seguridad, se
especificaron equipos de fácil reparación, distancias
Arcos
Moderada Ocasional Medio de seguridad y aproximación técnica, uso de EPPs
eléctricos
de materiales resistentes a arco eléctrico para todas
las actividades que impliquen trabajos con tensión.
Ausencia de Transferencia automática, respaldo de planta
Moderada Ocasional Medio
electricidad eléctrica, iluminación de emergencia.
Barrajes de acuerdo con la norma con aislamiento de
Contacto
Moderada Ocasional Bajo partes activas, puesta a tierra, mantenimiento
directo
solamente personal técnico capacitado.
Se respetaron distancias de seguridad, se cuenta con
Contacto conexiones equipotenciales, sistema de puesta a
Moderada Remoto Bajo
indirecto tierra y se recomienda mantenimiento correctivo y
preventivo.
Se cuenta con protecciones con dispositivo de
Cortocircuito Moderada Ocasional Medio disparo de máxima corriente. Tableros principales
resistentes al arco eléctrico.
Electricidad Se cuenta con conexiones equipotenciales, sistema
Baja Remoto Bajo
estática de puesta a tierra. Estructuras metálicas aterrizadas.
Diseño cumpliendo con las normas técnicas, puesta
Equipo
Alta Ocasional Medio a tierra, mantenimiento solamente personal técnico
defectuoso
capacitado. Mantenimiento preventivo.
Análisis de riesgo SIPRA, se instala sistema de
protección externo tipo apantallamiento nivel I, un
Rayos Alta Ocasional Alto sistema de protección interno compuesto por DPS
clase II, equipotencialización de todas las estructuras
metálicas y un sistema de puesta a tierra.
Se cuenta con protecciones con dispositivo de
Sobrecarga Moderada Remoto Bajo disparo de máxima corriente. Dimensionamiento de
conductores y equipos de acuerdo con la norma.
Se cuenta con puesta a tierra de baja resistencia,
Tensión de
Alta Improbable Bajo accesos restringidos, piso técnico de alta resistividad
contacto
y sistema eléctrico equipotencializado.
Se cuenta con puesta a tierra de baja resistencia,
Tensión de
Moderada Improbable Bajo restricción de accesos, cumple tensiones de paso y
paso
contacto sistema eléctrico equipotencializado.
Fuente: (Autor).
f. Nivel tensión requerido necesario.
En baja tensión se empleará la tensión de 480 V existente en la planta como red de

distribución interna. Para llevar energía a algunos equipos finales pequeños, se realizará
la conversión 480/215-124 V. Los principales equipos de mayor consumo funcionaran a
la tensión de 480 V (470 V bajo carga). De acuerdo con los análisis realizados en el
software de simulación ETAP 16.0 sobre el flujo de carga en el que se verifica que la caída
de tensión no supere el 3% para acometidas y el 5% para circuitos ramales.
Ver detalle en anexos XII y XIII (Análisis de flujo de carga).
g. Cálculo de campos eléctricos y magnéticos.
Para este proyecto de construcción de una PTAR no aplica este análisis, ya que no se
emplearán acometidas eléctricas de más de 1000A o altas tensiones (mayor a 57.5KV) a
menos de 30cm de lugares de trabajo.
h. Selección y cálculo de transformadores.
Para el CCM de las bombas de proceso se usará un transformador trifásico 480/215-124

V de 5 kVA, para equipos de proceso que alimentará los siguientes tipos de cargas:
Pequeños motores (bombas dosificadoras, muestreadores automáticos), principalmente
cargas no lineales, los datos de éste se muestran en la Tabla 2-8.
Tabla 2- 8: Datos de transformador 5 kVA bombas de proceso.

Carga FP Pot Z Corriente Protección en Corriente [A] Protección Tensión Tensión
instalada Trafo % [A] en el el primario en el en el en vacío bajo
kW kVA primario secundario secundario carga
480V 215V
480V 473V
4,32 0,9 5 4 6 3X10A 16 3X20A 215V 212V
124V 122V
Fuente: (Autor).
2.2.3. DISEÑO DE SPT PTAR
i. Cálculo del SPT.
Las mediciones de resistividad se muestran en las Figuras 2-3 y 2-4, las cuales fueron
tomadas y entregadas por INGETESA S.A.
Figura 2- 3: Mediciones de resistividad para el área de bombeo inicial.
Fuente: (INGETESA S.A, 2019).

Figura 2- 4: Mediciones de resistividad para el área PTAR.
Fuente: (INGETESA S.A, 2019).
Para el diseño del SPT del proyecto, se utilizó el software ETAP 16.0, con el que se realiza
el cálculo de cortocircuito, puesto que trabaja con elementos finitos, y presenta la ventaja
ante los métodos determinísticos, ya que analiza varios escenarios al mismo tiempo, y al
hacer necesario el modelamiento de la instalación muestra otros parámetros que son útiles
en otros procesos en el diseño eléctrico.
La simulación muestra una corriente de línea a tierra de 14,866 kA (ver anexo XIV), con
un tiempo de despeje en baja tensión de 0,05s, este valor se usará para el diseño de la
malla de puesta a tierra.
Por otro lado, se debe tener en cuenta que la malla a tierra deberá despejar cualquier falla
dentro de la planta, por lo que se calculará la máxima corriente que puede llegar a circular
por la malla durante una falla a 44 kV, que es la tensión de alimentación general de la
planta.
El cálculo de esta corriente de diseño del SPT de la PTAR lo realiza el área de ingeniería
de Papelsa, esto debido a que los datos de la subestación y la carga general de la planta
de producción intervienen en dicho calculo y no hace parte del alcance de la PTAR. Los
resultados se muestran en la Tabla 2-9.
Tabla 2- 9: Cálculo de corriente para el diseño del sistema de puesta a tierra de la PTAR
entregado por Papelsa.
Red de media tensión
Tensión 44 kV
Corriente de falla trifásica simétrica 3,81 kA
Corriente de falla monofásica simétrica 5,17 kA
Impedancias de secuencia de la red
R1 Red 0,5094 Ohm
X1 Red 6,7095 Ohm
R0 Red 0,0359 Ohm
X0 Red 1,4210 Ohm
Cable de media tensión
R1 0,268088 Ohm
X1 0,379224 Ohm
R0 (Típica 3 x R1) 0,489352 Ohm
X0 (Típica 3 x X1) 1,112924 Ohm
Cálculo de corriente de diseño STP
R1 total 0,7775 Ohm
X1 total 7,0867 Ohm
R0 total 0,5213 Ohm
X0 total 2,5339 Ohm
Relación X/R secuencia positiva 9,1175
Relación X/R secuencia cero 4,8609
Z1 7,1312 Ohm
Z0 2,5870 Ohm
2*Z1+Z0 16,8495 Ohm
Resistencia de puesta a tierra malla 0,6514 Ohm
Resistencia de puesta a tierra operador de red 0,3000 Ohm
Impedancia total de falla 0,9514 Ohm
Corriente de falla trifásica simétrica 3,5623 kA
Corriente de falla monofásica simétrica 3,8678 kA
Factor de seguridad 1,100
Corriente de falla total 4,2546 kA
Resistencia de puesta a tierra planta 0,7505 Ohm
Datos para SPT PTAR
Resistencia de puesta a tierra PTAR 4,9360 Ohm
Resistencia total 0,6514 Ohm
GPR 2771,4975 V
Corriente de diseño PTAR 581,4861 A
Tiempo de despeje de la falla garantizado por EPM para el diseño de SPT 0,5000 s
Fuente: (Papelsa S.A).
El cálculo del sistema de puesta a tierra de la PTAR, así como las tensiones de paso y
contacto, se realizó con el software ASPIX.
Los datos de entrada para el cálculo de área del cuarto eléctrico del CCM, se muestran en
la Tabla 2-10 y los resultados se muestran en la Tabla 2-11.
Tabla 2- 10: Datos de diseño SPT cuarto eléctrico CCM.

Design data - Aspix
Project name MALLA CE
Upper layer resistivity (Ohm_m) 173.1
Lower layer resistivity (Ohm_m) 434.49
Upper layer thickness (m) 3.38
Crushed rock resistivity (Ohm_m) 5000
Thickness of crushed rock surfacing (m) 0.2
Fault duration (s) 0.5
Maximum ground fault current (A) 581.4861
Remote Current Contribution (%) 100
System Frequency (Hz) 60
Fuente: (Autor).
Tabla 2- 11: Resultados del cálculo para el STP del cuarto eléctrico.
Design Results
Grounding grid resistance (Ohm) 12.631
Ground Potential Rise GPR (V) 3940.916
Grid Current (A) 581.4861
Fault Current Division Factor Sf 1.000
Tolerable Touch Voltage – 70 kg person (V) 1591.997
Touch Voltage (V) 720.893
Tolerable Step Voltage – 70 kg person (V) 5701.894
Step Voltage (V) 499.950
Total length of the conductor (m) 56.000
Total number of rods 4
Fuente: (Autor).
Los datos de entrada para el cálculo de área de bombeo inicial, se muestran en la Tabla
2-12 y los resultados se muestran en la Tabla 2-13.
Tabla 2- 12: Datos de diseño SPT bombeo inicial.

Design data - Aspix
Project name Malla bombeo inicial
Crushed rock resistivity (Ohm_m) 135.83
Fault duration (s) 0.5
Maximum ground fault current (A) 2
Remote Current Contribution (%) 100
System Frequency (Hz) 60
Fuente: (Autor).
Tabla 2- 13: Resultados del cálculo para el STP bombeo inicial.

Design Results
Ground Potential Rise GPR (V) 38.907
Grid Current (A) 2.000
Fault Current Division Factor Sf 1.000
Touch Voltage (V) 14.091
Step Voltage (V) 7.430
Fuente: (Autor).
La Tabla 2-14 muestra los datos ingresados y los resultados del diseño de la malla de
puesta a tierra para el sistema de apantallamiento de la PTAR.
Tabla 2- 14: Datos de diseño y resultado del SPT para el sistema de apantallamiento.
Design data - Aspix
Project name SPT SIPRA
Crushed rock resistivity (Ohm_m) 173.2
Design Results
Fuente: (Autor).
j. Selección de conductores, analizando las pérdidas y costos de la energía, que

permitan establecer su menor costo.
Las Figuras 2-5, 2-6 y 2-7 muestran los costos a 15 años teniendo en cuenta los siguientes
datos.
Para el cálculo se toman los siguientes valores de acuerdo a lo establecido por la Comisión
de Regulación de Energía y Gas para un nivel de tensión III (34.5 – 57.5 kV):
Costo kWh nivel III = $480,83

Demanda diaria (PU) = 14.64, teniendo en cuenta una demanda de 0,61/h
Nota: para este proyecto no se realiza comparativa en cuanto a tipo de cables ya que en
el anexo técnico entregado por Papelsa, se exige cable flexible clase D o mayor con
aislamiento en XHHW-2, lo cual limita exclusivamente a un único tipo de cable (Papelsa
Papeles y Cartones, 2018).
Figura 2- 5: Calculo económico de conductores en acometidas de CCM principal.
Fuente: (Autor).
Figura 2- 6: Calculo económico de conductores en acometidas de CCM bombeo inicial.
Fuente: (Autor).
Figura 2- 7: Calculo económico de conductores en acometidas de CCM tablero bombas

de proceso.
Fuente: (Autor).
k. Verificación de cumplimiento para conductores seleccionados.
Las Figuras 2-8, 2-9 y 2-10, muestran la verificación de cada uno de los conductores de
acometidas teniendo en cuenta lo establecido en la IEC 60909, los datos de cortocircuito
en 3F los cuales muestra el anexo 3 (Estudio de cortocircuito en 3F) y el estudio de
coordinación de proyecciones que se muestra en el literal m de este documento.
Figura 2- 8: Verificación de conductores en acometidas de CCM bombeo inicial.
Fuente: (Autor).
Figura 2- 9: Verificación de conductores en acometidas de CCM principal.
Fuente: (Autor).
Figura 2- 10: Verificación de conductores en acometidas de CCM tablero bombas de

proceso.
Fuente: (Autor).
l. Selección de elementos para sujeción y estructuras de acuerdo a los esfuerzos

que van a ser sometidos.
Para este proyecto no aplica este estudio. No se emplearán redes aéreas en BT y/o MT.
m. Cálculo y coordinación de protecciones contra sobre corrientes.
De acuerdo a los requerimientos de la instalación se seleccionan protecciones así:
▪ Protección principal: interruptor con unidad de disparo electrónico LSI de Schneider

Electric, Icu = 65 kA, que permite calibraciones de:
L: (ajuste protección contra sobre carga a tiempo largo dependiente).
S: (ajuste de protección contra cortocircuito con retardo regulable) (puede ser
excluido).
I: (ajuste de protección contra cortocircuito instantáneo) (puede ser excluido).
▪ Protecciones para motores con VDF:
Interruptor TMAX XT2H 160 fijo de tres polos con terminales frontales y liberación
magnética, Icu=65 kA de marca ABB.
▪ Protecciones para alimentadores y arranques directos de bombas: Interruptores con

unidad de disparo electrónico LS/I de ABB. Icu = 65 kA, que permite calibraciones
de:
L: (ajuste protección contra sobre carga a tiempo largo dependiente)

S: (ajuste de protección contra cortocircuito con retardo regulable) (puede ser

excluido).
I: (ajuste de protección contra cortocircuito instantáneo) (puede ser excluido).
▪ Protecciones para bombas de procesos a 215 V:
Guarda motores línea MS116 de ABB. Icu =16 kA.

Mini Interruptores S200 Curva C, Montaje en riel DIN de 35 mm. Icn =6 kA.
2.2.4. ESTUDIO DE COORDINACIÓN PTAR.
El alcance del presente estudio de coordinación cubre los equipos dentro del CCM de la
PTAR, por lo que Papelsa será el responsable de garantizar que las protecciones aguas
arriba cuenten con la coordinación adecuada de acuerdo en lo establecido en la IEC
60947-2 y se ajustes a este diseño.
La Figura 2-11, muestra el orden de disparo de las protecciones seleccionadas para

motores con VDF, en la cual se simula un cortocircuito en la acometida que une la
protección principal con el VDF, obteniendo como resultado un disparo en la protección
más cercana agua arriba y continuando con la protección general del CCM, en caso que
el cortocircuito sobrepase la capacidad de la protección del circuito ramal hacia el motor.
Figura 2- 11: Orden de disparo de protecciones para motores con VFD.
Fuente: (Autor)
La Figura 2-12, muestra el orden de disparo de cada una de las protecciones de motores
con arranque directo y circuitos alimentadores, en la cual se simula un cortocircuito en la
acometida que alimenta en motor, obteniendo como resultado un disparo en la protección
más cercana agua arriba y continuando con la protección general del CCM, en caso que
el cortocircuito sobrepase la capacidad de la protección del circuito ramal hacia el motor.
Figura 2- 12: Orden de disparo protecciones de motores con arranque directo.
Fuente: (Autor)
La Figura 2-13, muestra el orden de disparo de cada una de las protecciones para el caso
del circuito alimentador del área de bombeo inicial en la cual se simula un cortocircuito en
la acometida que alimenta en tablero del área de bombeo inicial, obteniendo como
resultado un disparo en la protección más cercana aguas arriba y continuando con la
protección instalada en el CCM y continuando con la protección general del CCM, en caso
que el cortocircuito sobrepase la capacidad de la protección del circuito ramal hacia el
tablero de bombeo inicial.
Figura 2- 13: Orden de disparo protecciones de circuito alimentador bombeo inicial
Fuente: (Autor)
La Figura 2-14, muestra el orden de disparo de cada una de las protecciones para el caso
del circuito alimentador del devanado primario del transformador de proceso 5 kVA.
Figura 2- 14: Orden de disparo de protección de transformador 5 kVA.
Fuente: (Autor)
Las gráficas de coordinación y tablas de ajuste se muestran en el anexo XVII (Curvas de

coordinación de protecciones), donde se pueden evidenciar los resultados del estudio.
n. Selección de canalizaciones teniendo en cuenta las áreas de llenado.
Las Figuras 2-15 y 2-16, muestran los porcentajes de llenado para cada una de las rutas
de bandeja proyectadas en planos (Bandeja de potencia y bandeja de instrumentación y
control). Para la validación de estas ver anexo VI (Acometidas y Bandeja Potencia R2) y
Anexo VII (Acometidas y Bandeja Instrumentación R1).
Figura 2- 15: Porcentajes de llenado de bandejas de potencia.
Fuente: (Autor)
Figura 2- 16: Porcentajes de llenado de bandejas de instrumentación y control.
Fuente: (Autor)
Las Figuras 2-17, 2-18 y 2-19, muestran los porcentajes de llenado de todas las rutas que
llevan tuberías (equipos 480 V y 215 V), teniendo en cuenta los porcentajes de llenado
permitidos en la NTC-2050 Tabla 4 capitulo 9, las definición de tamaños de tuberías se
establece en (3/4”, 1”, 1-1/2”, 2” y 2-1/2”), no se usara tubería de 1-1/4” ya que es poco
comercial y las cantidades de material variarían lo cual hace difícil la consecución del
mismo. Para la validación de estas ver anexo VI (Acometidas y Bandeja Potencia R2) y
Anexo VII (Acometidas y Bandeja Instrumentación R1).

CCM principal.
Fuente: (Autor).

CCM bombeo inicial.
Fuente: (Autor).

CCM bombas de proceso.
Fuente: (Autor).
o. Pérdidas de energía.
Ver calculo en anexo V (Diagrama Unifilar General y Cuadros de Carga R1).
p. Cálculos de regulación.
Ver calculo en anexo V (Diagrama Unifilar General y Cuadros de Carga R1).
q. Clasificación de áreas dentro de la instalación.
Para el proyecto PATAR PAPELSA se tienen áreas clasificadas en las siguientes zonas:
▪ Reactor: Como lo muestra la Figura 2-20, la zona del reactor está clasificada dentro de
la clase I, división II y se tiene en cuenta lo siguiente:
La clasificación de áreas asociada al reactor, corresponde a la clasificación originada por

las bridas localizadas en la parte superior del reactor en conjunto con el desgasificador. La
clasificación es conservativa, ya que la presión del gas según la información de entrada es
baja, pero en el caso de presentarse una falla accidental en los accesorios de conexión de
las tuberías habría presencia de producto en el área que constituye un riesgo.
En las conexiones laterales del reactor no se origina clasificación de áreas considerando

que las conexiones están asociadas a líneas de agua que no originan gases o vapores
inflamables.
Figura 2- 20: Zona de área clasificada reactor IC, clase I, división 2, grupo CD.
Fuente: (Prodeing, 2019).
▪ Thiopaq: Como lo muestra figura 2-21, la zona del Thiopaq está clasificada dentro de la
clase I, división II y se tiene en cuenta lo siguiente:
La clasificación de áreas asociada al Thiopaq, se origina sobre las bridas de conexión

donde como medida conservativa se está considerando la presencia de una posible fuga
de producto por las bridas de conexión bajo una condición de falla accidental del accesorio.
Para el Thiopaq solo se origina clasificación de área en los accesorios bridados que tienen
presencia de gas.
Figura 2- 21: Zona de área clasificada Thiopaq, clase I, división 2, grupo CD.
▪ Gasometro: Como lo muestra la Figura 2-22, la zona del gasómetro está clasificada
dentro de la clase I, división II y se tiene en cuenta lo siguiente:
Para el gasómetro se considera como un equipo que bajo condiciones de operación normal
no origina fugas o salidas de producto inflamable. Bajo una condición de falla del sistema
por bloqueo o cierre en las válvulas de salida, la instrumentación asociada dará una orden
de apagado a las bombas de entrada mitigando la posibilidad de que se presente fuga por
los sellos del gasómetro por una sobrepresión. La clasificación indicada considera el caso
que se presente salida de gas por el sello del equipo en condición de falla del sistema.
Figura 2- 22: Zona de área clasificada Gasómetro, clase I, división 2, grupo CD.

Antorcha: Como lo muestra Figura 2-23, la zona del reactor está clasificada dentro de la
clase I, división II y se tiene en cuenta lo siguiente:
La clasificación de áreas asociada a la antorcha, se origina sobre las bridas de conexión

donde como medida conservativa se está considerando la presencia de una posible fuga
de producto por las bridas de conexión bajo una condición de falla accidental del accesorio.
Para el Thiopaq solo se origina clasificación de área en los accesorios bridados que tienen
presencia de gas.
Figura 2- 23: Zona de área clasificada antorcha, clase I, división 2, grupo CD.

▪ Vista lateral: En la Figura 2-24, se muestra la vista lateral las áreas clasificadas
evidenciando que estas aplican para niveles altos lo con lo cual se garantiza que
las rutas de cableado eléctrico no pasan por ningún tipo de estas áreas.
Figura 2- 24: Vista lateral clasificación de áreas PTAR.

De acuerdo a lo anterior y teniendo en cuenta las áreas clasificadas en la PTAR Papelsa

y con el fin de garantizar la seguridad, no se instalarán tableros de distribución eléctrica.
Los tableros estarán ubicados en cuartos técnicos. En áreas clasificadas solo ingresará el
alimentador al equipo final. Dicho alimentador cumplirá los requisitos y certificaciones que
apliquen dentro del área clasificada.
r. Elaboración de planos unifilares para construcción.
Ver anexo V (Diagrama Unifilar General y Cuadros de Carga R1), esté incluye todos los
unifilares de tableros a 480 V, 215 V y 124 V.
s. Edición de planos y condiciones eléctricas generales para construcción.
Los planos constructivos hacen parte de los anexos con el consecutivo que se relaciona
a continuación:
▪ Anexo I: Detalles SPT y Apantallamiento R1

▪ Anexo II: Apantallamiento Esferas Rodantes 3D
▪ Anexo III: Apantallamiento Vista Lateral 1 R1
▪ Anexo IV: Apantallamiento Vista Lateral 2 R1
▪ Anexo V: Diagrama Unifilar General y Cuadros de Carga R1
▪ Anexo VI: Acometidas y Bandeja de potencia R2
▪ Anexo VII: Acometidas y Bandeja Red de Instrumentación R1
▪ Anexo VIII: Equipos en Cuarto Eléctrico y Distancias Seguridad
▪ Anexo IX: Típicos de Instalación Eléctrica Motores R1
▪ Anexo X: Ruta Bombeo Inicial y Acometida General R3
▪ Anexo XI: Sistema de Puesta a Tierra y Apantallamiento R1
t. Otras especificaciones técnicas que requiera la instalación, referentes a

materiales y otros.
Las especificaciones técnicas de cada uno de los materiales y equipos hacen parte de los
pliegos entregados por Papelsa y no se anexan en este documento ya que son demasiado
extensas (Papelsa Papeles y Cartones, 2018).
u. Establecer las distancias de seguridad necesarias.
Las distancias de seguridad se tienen en cuenta para el cuarto técnico y las medidas están
relacionadas en la Tabla 2-15, como no se tienen redes aéreas no se toma en cuenta las
distancias en áreas construidas.
Tabla 2- 15:Distancias de seguridad cuarto técnico PTAR Papelsa.

Límite de aproximación Distancia
Límite de acercamiento técnico 0.22 m

Límite de acercamiento restringido 0.50 m
Límite de acercamiento seguro 0.7 m
Limite por arco eléctrico 0.455 m
Fuente: (Autor).
El nivel de protección es categoría 1 (4 cal/cm2), el personal técnico debe usar camisa y

pantalón retardante a la llama para actividades de mantenimiento e intervención sobre
tableros eléctricos. Según Tabla 13.6 RETIE 2013. Literal g.
El piso se debe señalizar con pintura de acuerdo a las medidas de la Tabla 2-15.
v. Determinación de algún tipo de desviación técnica NTC 2050 siempre que sea
permitido y garantizando la seguridad de la instalación y las personas.
No aplica ya que todo el diseño da cumplimiento a la norma NTC2050 y RETIE 2013.
w. Otros estudios que requiera la instalación.
No se requieren estudios adicionales para el sistema eléctrico.

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1.1. ANÁLISIS RESULTADOS DEL ESTUDIO DE CARGA.
3.1.1.1. CARGA NECESARIA EN KVA Y ACOMETIDA GENERAL.

De acuerdo al análisis de carga realizado y como lo evidencia el anexo V, la carga
requerida para el proyecto es de 221,6 kVA, con una corriente demandada (de acuerdo a
la NTC-2050, Sección 430, Tabla 430-150), de 360 A, a una tensión nominal de 480 V.
La acometida general de define en 2(3X4/0)+1/0T, la cual se alimenta desde la subestación

4 de la planta PAPELSA. El barraje del CCM se define en platina de cobre electroplateado
capacidad de cortocircuito 65 kA, 600 A a 480 V @ 60 Hz.
3.1.1.2. EQUIPOS PARA ARRANQUE DE BOMBAS O MOTORES.

Para bombas o motores de capacidad mayor a 1HP y que tienen incidencia directa con el
proceso de tratamiento de líquidos de la PTAR, el sistema de arranque se define con VDF
con potencia de trabajo semipesado.
El uso de VDF para el arranque de dichas bombas garantiza un factor de potencia entre el
0.95 y 0.98, de acuerdo con la ficha técnica que entrega fabricante, como lo evidencia la
Tabla 3-1, esto garantiza una disminución en los armónicos de la red. Las bombas cuentan
con un factor de potencia de 0.87 y se conectan a la salida del VDF.
De acuerdo con lo anterior, el uso de VDFs, en conjunto con una adecuación sistema de
control de cada uno de los equipos, garantiza un uso eficiente de la energía eléctrica y
una operación constante de la PTAR. Así mismo se garantiza que la distorsión armónica
permanezca dentro de los límites establecidos en el estándar IEC 61000-2-4, evitando que
se pueda llegar a acarrear multas por un FP bajo.
Tabla 3- 1: Datos técnicos del VDF seleccionado para el proyecto.
Fuente: (Allen-Bardley & Rokwell, 2013).
Para bombas o motores de capacidad mayor a 1 HP y que tienen incidencia secundaria

con el proceso de la planta el sistema de arranque se define directo con una unidad de
control universal de motor (UMC).
Las bombas del área de proceso, las cuales se encargan de inyectar cada uno de los
químicos que requiere cada etapa de tratamiento del agua y que su capacidad es menor a
1HP, se define un sistema de arranque directo con una unidad de guardamotor para
protección de sobrecarga y cortocircuito.
3.1.1.3. DISTRIBUCIÓN DE EQUIPOS EN CCM.

Se define la distribución de equipos de la siguiente forma:
▪ Protecciones generales y arranques directos ubicados en gavetas extraíbles

independientes dentro del CCM.
▪ VDFs ubicados en gavetas fijas independientes dentro del CCM.
▪ Protecciones y arranques para bombas de tablero de proceso a 124 V, ubicadas en

gavetas y tableros independientes dentro del CCM.
▪ Transformador de potencia 480/215-124 V para bombas de proceso ubicado en gaveta
independiente dentro de CCM.
▪ Transformadores para servicios auxiliares ubicados en la parte posterior de los tableros
de proceso como lo muestra el anexo VIII.
▪ Los demás detalles de equipos se pueden evidenciar en el anexo VIII.
3.1.2. RESULTADOS DEL DISEÑO ELÉCTRICO.
3.1.2.1. ANÁLISIS DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS.
El análisis de descargas atmosféricas determino que es necesaria la instalación de un
sistema de protección externo de clase tipo I, usando el método de la esfera rodante con
un radio de 35 m, tomando en cuenta el análisis de áreas clasificadas entregado por
Prodeing.
Como lo muestra el numeral b, es necesaria la instalación de DPS para protección interior

de la instalación por descargas atmosféricas.
3.1.2.2. SISTEMA PUESTO A TIERRA.

El diseño del SPT se realiza teniendo en cuenta la corriente de cortocircuito de la
subestación de 44 kV, la cual alimenta la planta de PAPELSA, y se determina la ubicación
y varillas como sigue:
El diseño del sistema de puesta a tierra general de la PTAR queda así:
▪ Malla puesta a tierra cuarto eléctrico: Conformada por 56 m de cable 1/0 AWG cobre
desnudo en un área de 48 m2, con 4 varillas en sus esquinas, equipotencializada con la
malla de apantallamiento y puesta a tierra de alimentador. En esta área se considera
una capa superficial de alta resistividad (5000 ohm-m) la cual es concreto, separado del
terreno natural con una capa de plástico para reducir la humedad de este, la resistencia
calculada 12.63 Ω (valor de referencia 25 Ω para acometidas en baja tensión de acuerdo
a la Tabla 15.4 del RETIE); tensiones de paso y de contacto dentro de los límites
tolerables.
▪ Malla cuarto bombeo inicial. Conformada por 8 metros de cable de cobre desnudo 1/0
AWG, en un área de 4 m2, con dos varillas en dos extremos, esta malla se instala como
refuerzo por la lejanía del tablero al punto de distribución principal. El valor calculado de
resistencia de 19.45 Ω, para este caso no aplica cálculo de tensiones de paso y de
contacto.
▪ Malla sistema de apantallamiento: Anillo perimetral con derivaciones interiores para

equipotencializar estructuras metálicas e interconectar bajantes de apantallamiento, con
una cantidad de 561 m de cable de cobre 1/0 AWG; el cálculo de resistencia total es de
3.21 Ω.
La ubicación física se puede evidenciar en el anexo XI (sistema de Puesta a Tierra y
Apantallamiento R1).
3.1.2.3. ANÁLISIS DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES.

Las protecciones seleccionadas corresponden a la IEC 60947-2 anexo B, las cuales
determinan que las curvas de protecciones deben tener un espacio visible de protección y
en ningún momento se deben cruzar.
El anexo XVII muestra las gráficas con las curvas de protección típica para cada una de
las protecciones seleccionadas dentro del proyecto.
Grafica 1: Muestra el espacio visible entre la protección general LSI ubicada en el CCM y
las protecciones LS/I seleccionadas para las bombas con arranque directo y los equipos
de alimentador para tableros de control.
Grafica 2: Muestra el espacio visible de cortocircuito entre la protección general LSI

ubicada en el CCM y las protecciones seleccionadas para motores con VDF.
Grafica 3: Muestra los espacios visibles entre la protección general LSI ubicada en el CCM,
la protección LS/I del tablero de bombeo inicial ubicada en CCM principal y la protección
del tablero de bombeo inicial LS/I.
Grafica 4: Muestra los espacios visibles entre la protección general LSI ubicada en el CCM,
la protección LS/I de alimentación del transformador de 5 kVA ubicada en CCM principal y
la protección tipo termomagnética de alimentación del tablero de bombas de proceso.
Grafica 5: Muestra el espacio visible de cortocircuito entre la protección general LS/I

ubicada en el CCM de bombeo inicial y las protecciones seleccionadas para motores con
VDF en el área de bombeo inicial.
La Tabla 3-2 muestra los parámetros de configuración físicos en cada una de las
protecciones tipo LSI y LS/I del CCM en los siguientes aspectos:
L: tiempo de ajuste de retardo por sobrecarga.
S: Tiempo de ajuste retardado por cortocircuito
I: tiempo de ajuste instantáneo por cortocircuito
Tabla 3- 2: Ajuste de protecciones tipo LSI y LS/I en CCM principal y CCM de bombeo
inicial.
Fuente: (Autor)
La Tabla 3-3 muestra los parámetros de configuración físicos en cada una de las
protecciones tipo VDF en CCM principal y CCM de bombeo inicial:
Tabla 3- 3: Ajuste de protecciones tipo VDF en CCM principal y CCM de bombeo inicial.
Fuente: (Autor)
La Tabla 3-4 muestra los parámetros de configuración físicos en cada uno de los
controladores universales de motor de acuerdo a la IEC 60947-4-2 en CCM principal:
Tabla 3- 4: Ajuste de UMC en CCM principal.
Fuente: (Autor)
3.1.2.4. CANALIZACIONES.
Se definen para el proyecto canalizaciones así:
Exterior: Bandeja tipo malla en acero inoxidable con tapa, tubería IMC con sellos
cortafuego para áreas clasificadas y tubería PVC tipo pesado para canalizaciones
subterráneas.
Interior: Bandeja tipo malla galvanizada en caliente con tapa, tubería IMC con sellos
cortafuego para áreas clasificadas y tubería PVC tipo pesado para canalizaciones
subterráneas.
Toda la canalización deberá llevar un conductor de tierra en aluminio calibre 1/0 durante
todo su recorrido para equipotencializar todos los equipos y las tuberías.
La verificación de los porcentajes de llenado se puede evidenciar en el literal n, del capítulo

2: desarrollo metodológico de este documento, donde se garantiza el cumplimiento de la
NTC-2050 y RETIE.
3.1.3. PLANOS PARA CONSTRUCCIÓN Y ESTUDIO ECONOMICO.
Planos: Los planos hacen parte de los entregables del proyecto y especifican tipos de
canalización, cantidad de cableado, soportes de canalización, ubicación de equipos en
CCM, ubicación de bombas, motores y tableros de control en el área de la PTAR y los
diagramas unifilares para construcción. Estos se relacionan en el literal s del capítulo 2.1
de este documento.
Estudio económico de la instalación inicial: El estudio económico determina el costo

del proyecto de acuerdo a las cantidades de materiales para obra, la Tabla 3-5 muestra las
cantidades de material y el costo unitario incluida la mano de obra la cual es el 15% del
valor de cada uno de los subsistemas del proyecto, contemplados en la etapa inicial de
construcción:
Tabla 3- 5: Análisis de precios unitarios proyecto PTAR Papelsa.

Sistema De Apantallamiento PTAR
Ítem Descripción Und Cant V unit V total
1 S.T.I Alambrón aluminio 8mm para apantallamiento 200

(Aleación de aluminio almgsi) Ml $ 4.600 $ 920.000
2 Conductor aislado OBO BETTERMANN 17

Ref.: iscon 750 SW, Art.: 5408 00 4 Ml $ 365.700 $ 6.216.900
Punta Captadora En Aluminio Redondeada En Un Extremo
3 Log 150cm, 16mm 8
101/Alu-1500-Dx-Sb Und $ 145.600 $ 1.164.800
Punta Captadora Aislada Longitud Total 6000mm, 40mm
4 Acero Inoxidable Fibra De Vidrio Reforzada 3
Isfang6000 Und $ 1.324.000 $ 3.972.000
Conector para iscon OBO BETTERMANN
5 7
ref. Iscon ap1-16 va, art. 5408 02 6 Und $ 32.350 $ 226.450
6 Conector terminal iscon OBO BETTERMANN 10

ref. Iscon connect, art. 5408 02 2 Und $ 18.200 $ 182.000
Soporte isfang para punta captora aislada OBO
7 BETTERMANN 9
ref: isfang tw30 art.: 5408 9 52 Und $ 23.350 $ 210.150
8 Conector Variable OBO BETTERMANN 16

Ref. 249/ZV Und $ 85.600 $ 1.369.600
Barraje Equipotencial Bigbar En Acero Inoxidable
9 246mm*40mm*6mm Con 5 Conexiones Y 2 Aisladores Para 4
Aplicación Industrial Und $ 563.200 $ 2.252.800
Soporte OBO BETTERMANN
10 12
Ref. 157 LK-VA Und $ 7.450 $ 89.400
Zócalo para soporte de conductor OBO BETTERMANN Ref.
11 194 184
Art N° 5207 26 6 Und $ 3.210 $ 590.640
Soporte para conductor OBO BETTERMANN
12 184
Ref. 177 20 M8 Und $ 1.240 $ 228.160
13 Abrazadera distanciadora OBO BETTERMANN 8

Ref. 831 30, Art N° 503 20 40 Und $ 14.560 $ 116.480
Soporte para barras de captura OBO BETTERMANN
14 8
Ref. 113 Z-16, Art N° 5214 60 9 Und $ 8.760 $ 70.080
Conector en cruz OBO BETTERMANN
15 4
Ref. 253 10x16, Art N° 5312 80 9 Und $ 46.700 $ 186.800
16 Caja tipo rawelt profunda 4x4 con 2 salidas de 3/4" Und 10 $ 18.600 $ 186.000
17 Tapa metaliza exterior para caja rawelt 4x4 Und 10 $ 4.550 $ 45.500
18 Cinta band-It 5/8" Ml 20 $ 1.870 $ 37.400
19 Hebilla de 5/8" para cinta band-it Und 24 $ 2.890 $ 69.360
20 S.T.I. Tubo IMC 3/4" x 3m Und 12 $ 48.650 $ 583.800
21 Poste en concreto 8m, 510 kg.f Und 4 $ 1.046.000 $ 4.184.000
22 Chazo expansivo de 1/4" Und 368 $ 1.450 $ 533.600
23 Soldadura epoxica de alta resistencia Gramo 350 $ 240 $ 84.000
24 Alquiler de Manlife altura 24m Día 8 $ 1.245.000 $ 9.960.000
Subtotal sistema de apantallamiento $ 33.479.920
Sistema De Puesta A Tierra PTAR
Ítem Descripción Und Cant V unit V total
S.T.I. Conductor Cobre desnudo 1/0 AWG (Marcas Nexans,
1 Ml 620
Centelsa, Procables) $ 26.540 $ 16.454.800
S.T.I. Pinza para manipular molde cadweld en X de 1/0AWG
2 Und 1
a 1/0AWG $ 185.200 $ 185.200
S.T.I. Excavación terreno zona dura 40x60cm + relleno y
3 Ml 600
compactación terreno natural $ 32.400 $ 19.440.000
Molde cadweld en X sin cortar cable 1/0AWG a 1/0AWG
4 Und 1
carga 150gr $ 325.000 $ 325.000
Molde cadweld cable 1/0AWG a 1/0AWG conexión en T
5 Und 1
horizontal carga 90gr $ 325.000 $ 325.000
Molde cadweld cable 1/0AWG a varilla 5/8" – cable en X

6 Und 1
horizontal con varilla Vertical carga 200gr $ 434.000 $ 434.000
7 S.T.I. Soldadura cadweld 90 gr Und 60 $ 34.200 $ 2.052.000
8 S.T.I. Soldadura cadweld 150 gr Und 18 $ 42.300 $ 761.400
10 Chispero para encender soldadura thermoweld Und 1 $ 48.200 $ 48.200
S.T.I. Caja inspección 30x30x30 (dimensiones internas) con
11 Und 6
tapa prefabricada $ 195.000 $ 1.170.000
S.T.I. Barraje puesta a tierra cobre electroplateado
12 Und 3
1/4X2X12 cobre 8 posiciones aisladores soporte a pared $ 563.200 $ 1.689.600
13 S.T.I. Varilla cobre copperweld 5/8" x 2.4m Und 18 $ 312.000 $ 5.616.000
14 Masilla para sellado de moldes x 1LB Und 2 $ 46.500 $ 93.000
Subtotal sistema de puesta a tierra PTAR $ 49.267.600
Sistema De Puesta A Tierra Bombeo Inicial
Ítem Descripción Und Cant V.unt V total
S.T.I. Conductor Cobre desnudo 1/0 AWG (Marcas Nexans,
15 Ml 12
Centelsa, Procables) $ 26.540 $ 318.480
S.T.I. Caja inspección 30x30x30 (dimensiones internas) con
18 Und 1
tapa prefabricada $ 195.000 $ 195.000
S.T.I. Barraje puesta a tierra cobre electroplateado
19 Und 1
1/4X2X12 cobre 8 posiciones aisladores soporte a pared $ 563.200 $ 563.200
20 S.T.I. Varilla cobre copperweld 5/8" x 2.4m Und 2 $ 312.000 $ 624.000
Subtotal sistema de puesta a tierra bombeo inicial $ 1.829.280
Variadores De Frecuencia
Ítem Descripción Und Cant V unt V total
1 vdf ref 1: pf 755 ac drive 60hp (hd) 480v Und 2 $ 10.832.000 $ 21.664.000
vdf - drive, open, ac, 65a, 50hp nd, 40hp hd, 480 vac, 3 ph, Und
2 2
frame 4 $ 8.573.000 $ 17.146.000
3 vdf ref 2: pf 525 ac drive 20hp (nd*) 480v Und 6 $ 5.630.000 $ 33.780.000
4 vdf ref 3: pf 525 ac drive 7.5hp (nd) 480v Und 2 $ 2.934.000 $ 5.868.000
4 vdf ref 4: pf 525 ac drive 3hp (nd) 480v Und 4 $ 2.765.000 $ 11.060.000
6 vdf ref 5: pf 525 ac drive 2hp (nd) 480v Und 3 $ 1.943.000 $ 5.829.000
Pantalla LCD, teclado numérico completo (1)(2), IP66,
NEMA tipo 4X/12 solo para uso en ambientes interiores,
1 4
Incluye un cable de interface 1202-C30 (3 m/9.8 pies) para
conexión con el variador. Und $ 264.000 $ 1.056.000
2 Adaptador de comunicaciones Ethernet/IP™ Und 4 $ 125.600 $ 502.400
Pantalla de LCD remota (montaje en panel), control de
velocidad digital, compatible con CopyCat. Incluye cable de
3 15
2.0 metros. IP66, NEMA tipo 4X/12 – Solo para uso en
ambientes interiores. Und $ 86.000 $ 1.290.000
4 Adaptador de comunicaciones Ethernet/IP™ – Puerto doble Und 15 $ 122.400 $ 1.836.000
Subtotal variadores de frecuencia $ 100.031.400
Cableado Eléctrico
Cable multiconductor 3 x 1/0 + 3#10 t xlpe flexible (clase Ml
d o mayor) - tc -er - 600v - 90°c -para apalicacion vdf - oil
1 150
resistant - uv and water resistant etiqueteado codigo
numerico conductores color negro excepto tierra color verde $ 165.500 $ 24.825.000
Cable monoconductor 1/0 awg - xlpe flexible (clase d o Ml
mayor) - tc -er - 600v - 90°c - oil resistant - uv and water
2 1100
resistant etiqueteado codigo numerico conductores color
negro excepto tierra color verde $ 28.400 $ 31.240.000
Cable multiconductor 3 x 10 + 3 # 14 t xlpe flexible (clase Ml
d o mayor) - tc -er - er - 600v - 90°c -aplicación vdf - oil
3 700
resistant - uv and water resistant etiquetado codigo
Cable multiconductor 3 x 10 + 10 t xlpe flexible (clase d o Ml

mayor) - tc -er - er - 600v - 90°c - oil resistant - uv and water
4 2600
resistant etiquetado codigo numerico conductores color
negro excepto tierra color verde $ 28.500 $ 74.100.000
d o mayor) - tc -er - er - 600v - 90°c - aplicación vdf - oil
5 450
resistant - uv and water resistant etiquetado codigo
d o mayor) - tc -er - 600v - 90°c -para apalicacion vdf - oil
6 100
resistant - uv and water resistant etiqueteado codigo
7 Cable encauchetado 3x16 awg apantallado Ml 2420 $ 7.230 $ 17.496.600
8 Cable encaucheato 4x18 awg Ml 548 $ 7.100 $ 3.890.800
Cable multiconductor 3x14 xlpe flexible (clase d o mayor) Ml
- tc -er - 600v - 90°c -para aplicación vdf - oil resistant - uv
9 1000
and water resistant etiqueteado código numérico
conductores color negro excepto tierra color verde $ 18.200 $ 18.200.000
10 Cable multiconductor (encauchetado) 4x16 flexible Ml 35 $ 9.230 $ 323.050
Cable eléctrico vehicular #16 (xhhw-2 flexible) libre de Ml
11 200
halógenos - color negro $ 6.540 $ 1.308.000
12 Borna bimetálica 4/0 Und 12 $ 18.500 $ 222.000
13 Borna bimetálica 1/0 Und 24 $ 9.670 $ 232.080
14 Borna bimetálica #2 Und 26 $ 8.560 $ 222.560
15 Borna bimetálica #8 Und 120 $ 3.450 $ 414.000
16 Terminal de ojo #10 Und 450 $ 2.520 $ 1.134.000
17 Cable en aluminio 1/0 para puesta a tierra bandejas Ml 470 $ 13.220 $ 6.213.400
18 Cable cu desnudo #2 para puesta a tierra tableros Ml 30 $ 20.200 $ 606.000
19 Cable cu desnudo #12 para continuidad de tuberías Ml 1100 $ 3.760 $ 4.136.000
Subtotal cableado eléctrico $ 254.498.490
Equipos ABB CCM principal 480V
Señalización, Control Y Auxiliares
1 Piloto/señal rojo 120V LED Und 2 $ 38.500 $ 77.000
2 Piloto/señal verde 120V LED Und 2 $ 38.500 $ 77.000
3 S202M-K2UC 1P 2A JGS 4 $ 72.300 $ 289.200
Comunicación
T switch moxa modular managed ethernet switch with 8
10/100baset(x) ports, 4 10/100/1000baset(x) or
4 100/1000basesfp combo ports, and 2 slots for fast Und 2
ethernet modules, front cabling, 1 isolated power supply (48
vdc), -40 to 75°c $ 2.856.000 $ 5.712.000
5 UMC100-PAN LCD Panel with USB Interface Und 1 $ 1.675.000 $ 1.675.000
Ventilación $ -
6 Ventilador con filtro 160M3/H con estera filtrante. Und 24 $ 1.123.000 $ 26.952.000
7 Resistencia de calefacción 30W. IP20 Und 6 $ 687.500 $ 4.125.000
Termóstato IP30. alimentación 110/250~. 1 NC. capacidad
8 Und 6
carga 10A Ω; 2A $ 412.000 $ 2.472.000
9 S202M-K2UC 1P 6A Und 6 $ 48.300 $ 289.800
10 S202M-K2UC 1P 2A Und 6 $ 78.300 $ 469.800
Totalizador
11 Micrologic 5.3 A/E NSX Schneider Electric Und 1 $ 4.896.000 $ 4.896.000
12 KIT MP T5 400W 3P Kit de transformación Und 1 $ 623.500 $ 623.500
13 Parte fija de extraíble Und 1 $ 865.400 $ 865.400
14 Bloqueo frontal Und 1 $ 367.500 $ 367.500
15 Adaptador para accesorio Und 1 $ 456.000 $ 456.000
16 Contacto auxiliar Und 1 $ 453.000 $ 453.000
17 Parada de emergencia tipo hongo Und 1 $ 78.690 $ 78.690
18 Mando giratorio para montaje en puerta Und 1 $ 612.300 $ 612.300

Medición De Energía
19 Analizador de redes con ethernet M2M Und 1 $ 4.876.000 $ 4.876.000
20 S201-C1 protecciones medición de energía Und 3 $ 92.400 $ 277.200
Protección Sobretensiones
21 T2H 100 UL/CSA TMF20-500 3p F F Und 1 $ 1.674.000 $ 1.674.000
22 Mando rotativo para interruptor Und 1 $ 327.000 $ 327.000
Variador bombas A08S01 Y A08S02 60HP
23 XT2H 160 MA 100 Im=600...1400 3p F F Und 2 $ 1.356.400 $ 2.712.800
24 Mando rotativo prolongado para totalizador estándar Und 2 $ 327.000 $ 654.000
Variador bombas A08P01 Y A08P02 40HP
25 XT2H 160 MA 52 Im=314...728 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
Variador bombas A06P01 Y A06P02 20HP $ -
27 XT2H 160 MA 32 Im=192...448 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
Variador bombas A02P01 Y A02P02 15HP $ -
29 XT2H 160 MA 32 Im=192...448 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
Variador bombas A11P01 Y A11P02 7,5HP $ -
31 XT2H 160 MA 20 Im=120...280 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
33 XT2H 160 MF 8,5 Im=120 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
35 XT2H 160 MF 8,5 Im=120 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
Variador bombas A09B01 Y A12P03 A12P04 2HP
37 XT2H 160 MF 4 Im=56 3p F F Und 3 $ 1.322.000 $ 3.966.000
Feeders
39 XT2H 160 Ekip LS/I In=25A 3p F F Und 3 $ 1.689.000 $ 5.067.000
43 Mando rotativo prolongado para totalizador estándar Und 16 $ 327.000 $ 5.232.000
44 AUX 1Q 250Vac/dc - Versión no cableada. Und 16 $ 120.000 $ 1.920.000
Arranque directo A07S01A 4HP, A07S01B 2HP $ -
46 XT2H 160 MF 4 Im=56 3p F F Und 1 $ 1.322.000 $ 1.322.000
48 UMC100.3 UC Und 2 $ 3.987.000 $ 7.974.000
49 AF09-30-10-13 100-250V50/60HZ-DC Contactor Und 2 $ 311.000 $ 622.000
50 Comunicación ethernet IP Und 2 $ 456.000 $ 912.000
51 Contacto auxiliar contactor Und 2 $ 132.000 $ 264.000
52 CAL4-11 contacto auxiliar contactor Und 2 $ 72.300 $ 144.600
Pulsador doble iluminado + base para bloques + bloque Und
53 2
contactos 1NA+1NC $ 189.700 $ 379.400
54 Selector de tres posiciones 22mm para operación man -auto Und 2 $ 68.900 $ 137.800
57 S201-C0.5 Und 2 $ 72.300 $ 144.600
58 S202-C2 Und 2 $ 72.300 $ 144.600
Arranque directo bombas A04A01 2HP

61 UMC100.3 UC Und 1 $ 3.987.000 $ 3.987.000
66 1
contactos 1NA+1NC $ 189.700 $ 189.700
70 S201-C0.5 Und 1 $ 72.300 $ 72.300
71 S202-C2 Und 1 $ 72.300 $ 72.300
Arranque directo bomba A12X01 1HP
72 XT2H 160 MF 4 Im=56 3p F F Und 1 $ 1.322.000 $ 1.322.000
74 UMC100.3 UC Und 1 $ 3.987.000 $ 3.987.000
79 1
contactos 1NA+1NC $ 189.700 $ 189.700
83 S201-C0.5 Und 1 $ 72.300 $ 72.300
84 S202-C2 Und 1 $ 72.300 $ 72.300
Arranque directo bomba tolva lodos
85 XT2H 160 MF 4 Im=56 3p F F Und 1 $ 1.322.000 $ 1.322.000
87 UMC100.3 UC Und 1 $ 3.987.000 $ 3.987.000
89 VB6-30-01-84 110-127V 40-450Hz Minicontactor inversor Und 1 $ 423.000 $ 423.000
90 CAF6 - 20M VB6, VB7, VBC6, VBC7, VB6A, VB7A Und 1 $ 48.300 $ 48.300
91 1
contactos 1NA+1NC $ 189.700 $ 189.700
95 S201-C0.5 Und 1 $ 72.300 $ 72.300
96 S202-C2 Und 1 $ 72.300 $ 72.300
Subtotal equipos ABB CCM principal 480V $ 156.581.190
Equipos ABB CCM Principal 215V - Proceso
3 S202M-K2UC 1P 2A JGS 4 $ 72.300 $ 289.200
Ventilación
4 Ventilador con filtro 160m3/h con estera filtrante. Und 2 $ 1.123.000 $ 2.246.000
5 Resistencia de calefacción 30W. IP20 Und 1 $ 687.500 $ 687.500

Termóstato ip30. alimentación 110/250~. 1 NC. capacidad
6 JGS 1
carga 10A Ω; 2A $ 412.000 $ 412.000
7 S202M-K2UC 1P 6A JGS 1 $ 57.400 $ 57.400
8 S202M-K2UC 1P 2A JGS 1 $ 72.300 $ 72.300
Totalizador
9 A1B 125 TMF 20-300 3pFF Und 1 $ 386.000 $ 386.000
13 A1B 125 TMF 20-300 3pFF Und 1 $ 345.000 $ 345.000
Feeders
15 S201-C20 Und 2 $ 123.500 $ 247.000
16 AUX 1Q 250VAC/DC - Versión no cableada. Und 2 $ 120.000 $ 240.000
19 S201-C0.5 Und 2 $ 72.300 $ 144.600
20 S202-C2 Und 2 $ 72.300 $ 144.600
Arranque Directo Bombas Dosificadoras
21 MS116-16 11 $ 292.000 $ 3.212.000
22 AF09-30-10-13 100-250V50/60HZ-DC Contactor Und 11 $ 281.000 $ 3.091.000
23 HKF1-11 contacto auxiliar guarda motor Und 11 $ 45.300 $ 498.300
24 Contacto auxiliar contactor Und 11 $ 111.000 $ 1.221.000
26 11
contactos 1NA+1NC $ 175.000 $ 1.925.000
30 S201-C0.5 Und 2 $ 72.300 $ 144.600
31 S202-C2 Und 2 $ 72.300 $ 144.600
Subtotal Equipos ABB CCM 220V Proceso $ 19.773.090
Equipos ABB CCM Bombeo Inicial 480V
3 S202M-K2UC 1P 2A JGS 4 $ 72.300 $ 289.200
Cableado Comunicación
T switch moxa modular managed ethernet switch with 8
10/100baset(x) ports, 4 10/100/1000baset(x) or
4 100/1000basesfp combo ports, and 2 slots for fast Und 1
ethernet modules, front cabling, 1 isolated power supply (48
VDC), -40 TO 75°C $ 8.670.000 $ 8.670.000
Ventilación
5 Ventilador con filtro 160m3/h con estera filtrante. Und 4 $ 1.123.000 $ 4.492.000
6 Resistencia de calefacción 30W. IP20 Und 1 $ 687.500 $ 687.500
Termóstato ip30. alimentación 110/250~. 1 NC. capacidad
7 JGS 1
carga 10A Ω; 2A $ 412.000 $ 412.000
8 S202M-K2UC 1P 6A JGS 1 $ 57.400 $ 57.400
9 S202M-K2UC 1P 2A JGS 1 $ 72.300 $ 72.300
Totalizador

13 Transformación fija a extraíble Und 1 $ 623.500 $ 623.500
14 Parte fija extraíble Und 1 $ 865.400 $ 865.400
15 Bloqueo lengüeta Und 1 $ 156.000 $ 156.000
16 Conectores para cont aux Und 1 $ 265.400 $ 265.400
17 Terminales posteriores Und 1 $ 134.000 $ 134.000
19 T2H 100 UL/CSA TMF20-500 3p F F Und 1 $ 1.876.500 $ 1.876.500
21 VAL-SEC-T2-3S-350-FM Und 1 $ 674.900 $ 674.900
22 XT2H 160 MA 32 Im=192...448 3p F F Und 2 $ 1.322.000 $ 2.644.000
Feeders
27 AUX 1Q 250Vac/dc - Versión no cableada. Und 2 $ 120.000 $ 240.000
30 S201-C0.5 Und 18 $ 72.300 $ 1.301.400
31 S202-C2 Und 18 $ 72.300 $ 1.301.400
Subtotal equipos ABB CCM bombeo inicial 480V $ 33.136.090
Bandeja Eléctrica
Bandeja Para Interiores
1 Bandeja tipo rejilla 600x54 Galvanizada X3M Und 12 $ 1.123.000 $ 13.476.000
2 Tapa para Bandeja tipo rejilla 600x54 Galvanizada X 2,4M Und 13 $ 235.300 $ 3.058.900
3 Bandeja tipo rejilla 300x54 Galvanizada X3M Und 4 $ 986.700 $ 3.946.800
4 Tapa para Bandeja tipo rejilla 300x54 Galvanizada X2,4M Und 5 $ 186.040 $ 930.200
6 Tapa para Bandeja tipo rejilla 200x54 Galvanizada X2,4M Und 18 $ 167.500 $ 3.015.000
8 Tapa para Bandeja tipo rejilla 100x54 Galvanizada X2,4M Und 9 $ 121.300 $ 1.091.700
Bandeja Para Exteriores
9 Bandeja tipo rejilla 600x54 inoxidable 316L X3M Und 5 $ 164.500 $ 822.500
10 Tapa de Bandeja tipo rejilla 600x54 inoxidable 316L X2,4M Und 6 $ 47.600 $ 285.600
15 Bandeja tipo rejilla 200x54 inoxidable 316L X3M Und 23 $ 112.000 $ 2.576.000
16 Tapa de Bandeja tipo rejilla 200x54 inoxidable 316L X3M Und 30 $ 39.200 $ 1.176.000
17 Bandeja tipo rejilla 100x54 inoxidable 316L X3M Und 41 $ 92.400 $ 3.788.400
18 Tapa de Bandeja tipo rejilla 100x54 inoxidable 316L X2,4M Und 52 $ 32.000 $ 1.664.000
Accesorios De Bandeja En Material Estándar
19 EDRN Accesorios X bag of 50 INOX 316 Und 5 $ 325.000 $ 1.625.000
20 CE 25 - CE 30 Accesorios X bag of 50 inox 316 Und 7 $ 165.400 $ 1.157.800
21 CLIP F02 Accesorios X bag of 25 inox 316 Und 28 $ 112.000 $ 3.136.000
22 FASLOCK XL Accesorios X bag of 25 inox 316 Und 5 $ 174.300 $ 871.500
23 Riel RSCN Cablofil X3M Und 19 $ 132.300 $ 2.513.700
24 BTRCC 6x20 Adicionales X bag of 100 inox 316 Und 1 $ 187.600 $ 187.600
25 CE 40 Adicionales X bag of 25 inox 316 Und 2 $ 86.500 $ 173.000
26 Grifequip de puesta a tierra Und 135 $ 12.300 $ 1.660.500
27 Soporte REF: SCMT Cablofil Und 135 $ 4.500 $ 607.500
28 Herramienta de corte Und 2 $ 289.000 $ 578.000
29 Soporte salida tubería ref: SBDN Cablofil Und 100 $ 18.500 $ 1.850.000
30 Soporte salida tubería ref: CM50XXL Cablofil Und 40 $ 28.900 $ 1.156.000
Accesorios De Fijación Bandeja
31 Tuerca Mordaza (TMAG) Mecano Und 220 $ 2.800 $ 616.000
Und
32 HDI(-L)+ Y HDI-P 4 $ 75.600 $ 302.400
Broca con tope limitador de profundidad HILTI (3/8")
Und
33 Anclaje de expansión de colocación con herramienta, 300 $ 2.200 $ 660.000
estándar para uso cotidiano (3/8") HILTI
34 Esparrago en acero inox 3/8" X3m Und 15 $ 65.400 $ 981.000
35 Tuerca de 3/8" acero inoxidable Und 400 $ 800 $ 320.000
36 Arandela de 3/8" en acero inoxidable Und 400 $ 400 $ 160.000
37 Guasa de 3/8" en acero inoxidable Und 300 $ 400 $ 120.000
Subtotal bandeja eléctrica $ 74.283.000
Tubería Eléctrica
Ítem Descripción Und Cant V.uni V.total
1 Tubo 3/4" IMC Und 115 $ 64.000 $ 7.360.000
2 Tubo 1" IMC Und 70 $ 95.400 $ 6.678.000
3 Tubo 1 1/2" IMC Und 13 $ 167.500 $ 2.177.500
4 Tubo 2" IMC Und 8 $ 198.500 $ 1.588.000
5 Tubo 2-1/2" IMC Und 2 $ 286.000 $ 572.000
6 Conduleta LB 3/4" Und 60 $ 23.500 $ 1.410.000
7 Conduleta LB 1" Und 65 $ 28.600 $ 1.859.000
8 Conduleta LB 1 1/2" Und 12 $ 35.600 $ 427.200
9 Conduleta LB 2" Und 6 $ 45.600 $ 273.600
10 Conduleta LB 2 1/2" Und 2 $ 53.200 $ 106.400
11 Curva + unión 3/4" Und 50 $ 18.600 $ 930.000
12 Curva + unión 1" Und 55 $ 22.450 $ 1.234.750
13 Curva + unión 1 1/2" Und 8 $ 26.740 $ 213.920
14 Curva + unión 2" Und 2 $ 38.950 $ 77.900
15 Curva + unión 2 1/2" Und 2 $ 56.700 $ 113.400
16 Conduleta en C 3/4" Und 30 $ 23.500 $ 705.000
17 Conduleta en C 1" Und 30 $ 28.600 $ 858.000
18 Conduleta en C 1 1/2" Und 4 $ 35.600 $ 142.400
19 Conduleta en C 2" Und 2 $ 45.600 $ 91.200
20 Conduleta en C 2 1/2" Und 2 $ 53.200 $ 106.400
21 Conduleta en T 3/4" Und 10 $ 23.500 $ 235.000
22 Conduleta en T 1" Und 12 $ 28.600 $ 343.200
23 Conduleta en T 1 1/2" Und 4 $ 35.600 $ 142.400
Caja área clasificada Und
24
GRC-0556 04.04.2345 (3/4") 3 $ 75.700 $ 227.100
Caja área clasificada Und
25
GRC-0556 04.04.2345 (1") 6 $ 88.450 $ 530.700
26 Sello cortafuego para tubo 3/4" Und 12 $ 18.600 $ 223.200
27 Sello cortafuego para tubo 1" Und 6 $ 22.300 $ 133.800
28 Caja rawelt 4x2 con 4 salidas de 3/4" Und 15 $ 23.600 $ 354.000
29 Caja rawelt 4x4 con 4 salidas de 1" Und 14 $ 29.350 $ 410.900
30 Prensaestopas - G-ESS-M40-L66L-STES-S (3/4") Und 35 $ 9.500 $ 332.500
31 Prensaestopas - G-ESS-M40-L66L-STES-S (1") Und 62 $ 10.200 $ 632.400
32 Prensaestopas - G-ESS-M40-L66L-STES-S (1 1/2") Und 8 $ 14.500 $ 116.000
33 Contratuercas tubo acero galvanizado (3/4") Und 50 $ 800 $ 40.000

34 Contratuercas tubo acero galvanizado (1") Und 96 $ 1.000 $ 96.000
35 Contratuercas tubo acero galvanizado (1 1/2") Und 20 $ 1.400 $ 28.000
36 Contratuercas tubo acero galvanizado (2") Und 10 $ 1.800 $ 18.000
37 Contratuercas tubo acero galvanizado (2 1/2") Und 8 $ 2.500 $ 20.000
Coraza de 3/4" para conexión a instrumentos y equipos área Und
38
clasificada 8 $ 14.200 $ 113.600
Adaptador plano para coraza de 3/4" para conexión a Und
39
instrumentos y equipos área clasificada 12 $ 6.750 $ 81.000
coraza de 1" para conexión a instrumentos y equipos área Und
40
clasificada 4 $ 22.340 $ 89.360
Adaptador plano para coraza de 1" para conexión a Und
41
instrumentos y equipos área clasificada 4 $ 8.970 $ 35.880
42 Bushing de 2" A 1" Und 3 $ 22.100 $ 66.300
44 Bushing de 1-1/2" A 3/4" Und 15 $ 18.430 $ 276.450
45 Bushing de 1-1/2" A 1" Und 6 $ 18.430 $ 110.580
46 Bushing de 1" A 3/4" Und 10 $ 15.720 $ 157.200
Fijación Tuberías
47 Ménsula sencilla 1,5m Und 16 $ 114.000 $ 1.824.000
Fijador para Tubo Perpendicular al Perfil (FT2) REF.:
50
FT2AG034N (3/4") Und 150 $ 7.500 $ 1.125.000
51
FT2AG100N (1") Und 320 $ 7.800 $ 2.496.000
52
FPAG112 (1 1/2") Und 20 $ 9.050 $ 181.000
Banda Soporte para Tubo Apretado (BSA...) REF.:
53
BSAAG034 (3/4") Und 30 $ 5.600 $ 168.000
54 Banda Soporte para Tubo Apretado (BSA...) REF.:

BSAAG100 (1") Und 60 $ 6.300 $ 378.000
Banda Soporte para Tubo Apretado (BSA...) REF.:
55
BSAAG112 (1 1/2") Und 10 $ 7.850 $ 78.500
56 Banda Soporte para Tubo Apretado (BSA...) REF.:
BSAAG112 (2") Und 15 $ 10.200 $ 153.000
57 Chazo expansivo 1/4" Und 200 $ 1.650 $ 330.000
HDI(-L)+ Y HDI-P Und
58
Broca con tope limitador de profundidad HILTI (3/8") 1 $ 75.600 $ 75.600
Anclaje de expansión de colocación con herramienta, Und
59
estándar para uso cotidiano (3/8") HILTI 50 $ 2.200 $ 110.000
60 Esparrago en acero inox 3/8" X3M Und 5 $ 65.400 $ 327.000
61 Tuerca de 3/8" acero inoxidable Und 40 $ 800 $ 32.000
62 Arandela de 3/8" en acero inoxidable Und 40 $ 400 $ 16.000
63 Guasa de 3/8" en acero inoxidable Und 40 $ 400 $ 16.000
65 Riel chanel 4x2 acanalado, ranurado x2,4m Und 10 $ 85.670 $ 856.700
Subtotal tubería eléctrica $ 43.325.040
Transformador De Potencia
Ítem Descripción Und Cant V.uni V.total
Transformador trifásico 45KVA 480/215-124V - seco con
1
celda IP21 DYN - K13 (ABB, SUNTEC, SIEMNES) Und 1 $ 1.245.300 $ 1.245.300
Subtotal transformador de potencia $ 1.245.300
Fuente: (Autor)
La Tabla 3- 6 muestra el costo total del proyecto en cada uno de los subsistemas, donde
se puede evidenciar que el costo total del proyecto es de novecientos veinte millones
ciento setenta y tres mil treinta pesos M/Cte ($920.173.030).
Tabla 3- 6: Costo total del proyecto antes de impuestos PTAR Papelsa.

Costo General Del Proyecto Antes De Impuestos
Ítem Descripción Valor Total
1 Subtotal sistema de apantallamiento $ 33.479.920
2 Subtotal sistema de puesta a tierra PTAR $ 49.267.600
3 Subtotal sistema de puesta a tierra bombeo inicial $ 1.829.280
4 Subtotal variadores de frecuencia $ 100.031.400
5 Subtotal cableado eléctrico $ 254.498.490
6 Subtotal equipos ABB CCM principal 480v $ 156.581.190
7 Subtotal equipos ABB CCM 220v proceso $ 19.773.090
8 Subtotal equipos ABB CCM bombeo inicial 480v $ 33.136.090
9 Subtotal bandeja eléctrica $ 74.283.000
10 Subtotal tubería eléctrica $ 43.325.040
11 Subtotal transformador de potencia $ 1.245.300
Costo del proyecto antes AIU $ 767.450.400
ADMINISTRACIÓN (5%) $ 38.372.520
IMPREVISTOS (3%) $ 23.023.512
UTILIDAD (10%) $ 76.745.040
SUBTOTAL $ 905.591.472
IVA SOBRE UTILIDAD (19%) $ 14.581.558
VALOR TOTAL DEL PROYECTO $ 920.173.030

Fuente: (Autor).
La Tabla 3-7 muestra el valor de mano de obra por mantenimiento preventivo y correctivo
durante los próximos 10 años, incluida una bolsa de repuestos menores, este costo se
establece de acuerdo con los requerimientos establecidos por el RETIE, para las
instalaciones eléctricas nuevas, a fin de garantizar una operación constante de la planta,
ya que está operará 7/24/365, excepto las paradas que se programen en la planta de
producción para mantenimiento de otros sistemas.
Tabla 3- 7: Costos de mantenimiento de la infraestructura por año.

Mantenimiento Tiempo Actividades Valor
Equipos CCM 3 veces por año Verificación de torque, $4.200.000

(2 técnicos + 1 equipotencialización, variables
supervisor por 2 eléctricas y factor de potencia
días)
Cableado 1 ves por año Verificación de estado del cableado, $3.125.000
eléctrico y (2 técnicos + 1 accesorios de canalizaciones, fijación
canalización supervisor por 6 de cableado y canalizaciones,
días) inspección de conexiones en equipos
Equipos de 3 veces por Verificación de conexiones, inspección $5.625.000

control y año. de dispositivos de protección, cableado
automatización (2 técnicos + 1 y canalizaciones, actualización de
ingeniero por 3 software en equipos y actualización del
días) sistema SCADA
Valor para el primer año $12.950.000
Valor para el segundo año $13.209.000
Valor para el tercer año $13.473.180
Valor para el cuarto año $13.742.644
Valor para el quinto año $14.017.496
Valor para el sexto año $14.297.846
Valor para el séptimo año $14.583.804
Valor para el octavo año $14.857.480
Valor para el noveno año $15.172.990
Valor para el décimo año $15.476.450
Valor total durante 10 años $141.780.890
Bolsa de repuestos general (6% del valor total de la obra antes $46.047.024
de AIU)
Fuente: (Autor).
La Tabla 3- 8 muestra el valor total de la obra incluido el mantenimiento por diez años
incluido AIU e impuestos.
Tabla 3- 8: Valor total de la obra incluido el costo de mantenimiento durante los próximos
10 años.
Valor total de la obra, incluido el mantenimiento de cableado y $1.108.000.944
equipos por 10 años
Fuente: (Autor).
Análisis económico del proyecto: En general se puede establecer lo siguiente.
▪ Papelsa como tal no estima una tasa de retorno económico dentro del proyecto, ya que
la construcción de la PTAR, es un tema obligatorio para cumplir con lo establecido en
la resolución 631 de 2015, ya que está puede acarrear multas hasta por dos mil
quinientos millones de pesos ($2.500.000.000), si no se cumplen los valores límites
máximos permisibles, en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales
y a los sistemas de alcantarillado público.
▪ Para Papelsa en muy importante contar con una PTAR en su planta de producción ya
que le permite obtener certificaciones de calidad en el ámbito ambiental, lo que le
genera un mayor crecimiento competitivo en la industria.
▪ En general, la instalación eléctrica de la PTAR, se establece bajo normatividad

americana, en cuanto a equipos y cableado se refiere. Lo anterior garantiza una mayor
vida útil de todo el sistema, que permite un ahorro significativo de costos al proyectar
su vida útil hasta por 25 años.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De manera general se puede concluir que:
▪ El estudio de carga determino que la capacidad necesaria que debe suministrar Papelsa
es de 222 kVA y una acometida general en 2(3x4/0) + 1x1/0T AWG, desde la
subestación # 4 de la planta de producción.
▪ El uso de VDFs para el sistema de arranque de las bombas mayores a 1HP garantiza
un factor de potencia cercano a 1, con lo que se cumplen los requerimientos del uso
eficiente de la energía eléctrica.
▪ El estudio de armónicos realizado en ETAP da como resultado que no se requiere
instalar un banco de condensadores para inyectar potencia reactiva ya que no se
superan los porcentajes de perturbación definidos en la IEC 61000-2-4.
▪ Por la ubicación geográfica de la PTAR, se requiere un sistema de protección externo,
cubierto por un sistema de apantallamiento clase I con un radio de esfera rodante de
35m, y un sistema de protección interno con DPS en cada uno de los tableros eléctricos.
Con esta instalación se da cumplimiento a la normatividad NTC-4552.
▪ El diseño del sistema de puesta a tierra cumple con los parámetros establecidos por la
IEEE80 de acuerdo con la simulación realizada en el software ASPIX.
▪ El estudio de coordinación se protecciones evidencia una adecuada posición de las
curvas, garantizando un adecuado disparo en caso de falla y evitando una
superposición entre estas, por otra parte, el tiempo de disparo máximo de la protección
general es de 0,2s lo cual asegura una selectividad correcta.
▪ El cálculo de canalizaciones evidencia el cumplimiento de los porcentajes de llenado de
acuerdo a la NCT-2050 y el RETIE 2013.
▪ El estudio económico determina el valor total de la obra, lo cual es un factor muy
importante dentro del proyecto.
▪ En general se puede concluir que el diseño eléctrico cumple con cada uno de los
parámetros exigidos por las distintas normatividades aplicables y se entrega listo para
construcción.
▪ Se puede denotar el cumplimiento de la normatividad americana en cuanto a cableado
y equipos se refiere.
Las recomendaciones son:
▪ El constructor es el responsable de que la construcción se ejecute de acuerdo a los

parámetros establecidos en este documento y puede realizar cambios menores si así
lo cree conveniente.
▪ Se debe garantizar la profundidad de enterramiento se la malla de tierra, la cual queda
a 0,6 m en zonas comunes y 0,8 m en vías de acceso vehicular.
▪ Papelsa es responsable de garantizar la coordinación de la protección instalada en la
subestación #4 con la protección general del CCM, con las curvas de disparo de cada
una de estas.
▪ El constructor es responsable de ajustar en campo cada una de las protecciones de
acuerdo a las tablas de ajustes anexa en los resultados de este documento, con el fin
de garantizar una adecuada coordinación de protecciones.
▪ Todos los elementos y estructuras metálicas deben estar equipotencializados con la
malla de puesta a tierra, incluida la malla existente en la planta.
▪ En áreas clasificadas se debe garantizar la instalación de accesorios certificados para
tal fin.
▪ De manera general se recomienda seguir cada uno de los parámetros establecidos en
este diseño y los anexos adjuntos, para garantizar un adecuado funcionamiento de la
PTAR.
5. ANEXOS
5.1. Anexo I: Detalles SPT y Apantallamiento R1
5.2. Anexo II: Apantallamiento Esferas Rodantes 3D
5.3. Anexo III: Apantallamiento Vista Lateral 1 R1
5.4. Anexo IV: Apantallamiento Vista Lateral 2 R1
5.5. Anexo V: Diagrama Unifilar General y Cuadros de Carga R1
5.6. Anexo VI: Acometidas y Bandeja de potencia R2
5.7. Anexo VII: Acometidas y Bandeja Red de Instrumentación R1
5.8. Anexo VIII: Equipos en Cuarto Eléctrico y Distancias Seguridad
5.9. Anexo IX: Típicos de Instalación Eléctrica Motores R1
5.10. Anexo X: Ruta Bombeo Inicial y Acometida General R3
5.11. Anexo XI: Sistema de Puesta a Tierra y Apantallamiento R1
5.12. Anexo XII: Análisis de flujo de carga
5.13. Anexo XIII: Análisis de flujo de carga
5.14. Anexo XIV: Estudio de Cortocircuito en L-G
5.15. Anexo XV: Estudio de Cortocircuito en 3F
5.16. Anexo XVI: Análisis de armónicos
5.17. Anexo XVII: Curvas de coordinación de protecciones
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Edilson Nicolás Almanza Quintero

Universidad Antonio Nariño

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Tunja, Boyacá, Colombia

Edilson Nicolás Almanza Quintero

MSc, Ingeniero Juan David Rivera Niquepa

Universidad Antonio Nariño

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Lista de figuras ................................................................................................................ 8

Lista de tablas ............................................................................................................... 10

Lista de Símbolos y abreviaturas ................................................................................. 11

1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 15

2. DESARROLLO METODOLÓGICO. ......................................................................... 37

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................. 64

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................... 83

Figura 2- 1: Datos usados para la determinación del índice de riesgo. .......................... 42

Figura 2- 19: Porcentajes de llenado de tuberías para acometidas de equipos a 215 V en

Tabla 2- 1: Análisis de cargas iniciales y futuras en equipos y tableros a 480 V en CCM

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1.1.2 PRESENTACIÓN DE PROYECTOS.

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1.2. TEORÍA GENERAL.

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1.2.1. DISEÑO INSTALACIONES ELÉCTRICAS.

1.2.2. DISEÑO ELÉCTRICO

1.2.3. MEMORIAS DE CALCULO

a. Carga eléctrica requerida incluido crecimiento a futuro, incluyendo determinación

La determinación de la carga eléctrica necesaria, es muy importante en los proyectos

1𝐻𝑃 = 0,745 𝑘𝑊 [1]

Figura 1- 1: Triángulo de potencias activa P y aparente S en un caso de cargas lineales

Fuente: (Expósito, Ramos, & Santos, 2007).

Donde, 𝑃, es la potencia activa, 𝑄, es la potencia reactiva y 𝐷 es la componente de

Donde, 𝑃 es la carga en 𝑉𝐴, 𝑉 es la tensión del sistema y 𝑓𝑃 , el factor de potencia.