Los espacios (locales, prefabricados, …) con presencia de instalaciones eléctricas, especialmente aquellas con equipos de potencia y convertidores, requieren de un sistema de ventilación para evacuar el calor generado por las pérdidas de los equipos debidas al efecto Joule.
En esta publicación se expone una metodología para realizar el diseño y dimensionamiento de estos sistemas de ventilación asociados a instalaciones eléctricas de baja y/o alta tensión. Además se ha preparado la siguiente hoja Excel para simplificar el cálculo y la justificación en obras que lo requieran:
ÍNDICE DE CONTENIDOS
- Documentos consultados
- Requisitos de diseño
- Calor emitido por cada elemento
- Método de cálculo para la ventilación natural
- Método de cálculo para la ventilación forzada
- Caso práctico
DOCUMENTOS CONSULTADOS
El método de diseño y cálculo desarrollado en la presente entrada se basa principalmente en los siguientes documentos:
- Guía del fabricante ABB «Ventilation of transformer room» (1LES100006-ZB – rev. 1).
- Normas Técnicas Particulares y Proyectos Tipo de las principales empresas distribuidoras.
- Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. En especial el Documento Básico HS sobre Salubridad.
- Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión.
- Real Decreto 337/2014, de 9 de mayo, por el que se aprueban el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en instalaciones eléctricas de alta tensión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias ITC-RAT 01 a 23.
- Real Decreto 223/2008, de 15 de febrero, por el que se aprueban el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias ITC-LAT 01 a 09.
- Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios.
REQUISITOS DE DISEÑO
Cabe advertir que los elementos que pueden encontrarse en un local con instalaciones eléctricas son muy variados (transformadores, inversores, bombas, cuadros, etc), por lo que no hay un procedimiento específico para el diseño y cálculo de su sistema de ventilación. A continuación se resumen las principales prescripciones a tener en cuenta para su diseño, entre paréntesis se indica la norma o documento en el que se recoge cada requerimiento:
- Por regla general, en salas eléctricas y centros ubicados en edificios o envolventes a la intemperie (de superficie o enterrados), la ventilación será natural directa (ITC-RAT 14).
- En locales de edificios se podrá realizar la ventilación natural sin conductos a través de un local adyacente con ventilación directa al exterior si este es no habitable (ITC-RAT 14).
- Los siguientes espacios son considerados locales habitables: dormitorios, comedores, bibliotecas, salones, cocinas, baños, aseos y pasillos interiores (CTE-DB-HS3).
- La ventilación forzada es obligatoria en locales con celdas que usen SF6 en sótanos sin opción de ventilación natural directa o con tubos al exterior (ITC-RAT 14).
- En el caso particular de locales o partes de estos que se consideren galerías subterráneas visitables (para conducir líneas) se deberá tener en cuenta la ITC-BT 07 y/o ITC-LAT 06.
- La ventilación natural con tubos solo estará permitida si la distancia hasta el exterior del emplazamiento es inferior a 10 [m] (criterio RITE IT 1.3.4.1.2.7 para salas de máquinas).
- Se respetará la sectorización de incendios mediante el uso de rejillas intumescentes o compuertas cortafuegos en los pasamuros, podrán ser normales solo si dan al exterior (CTE-DB-SI).
- En edificios industriales la resistencia al fuego mínima a asegurar en los pasamuros será EI120 (RD 2267/2004) y en los de otros usos EI90 (CTE-DB-SI).
- Los tubos y conductos serán rígidos y se tenderán fijados superficialmente al techo para evitar que sean accesibles en la medida de lo posible (CTE-DB-HS3).
- Las canalizaciones accesibles a los usuarios dispondrán de un grado de protección IK10 o de una protección suplementaria que la asegure (REBT).
- Las canalizaciones metálicas se conectarán a la puesta a tierra de utilización del emplazamiento asegurando la continuidad eléctrica en toda su longitud (REBT).
- Los ventiladores/extractores dispondrán de termostato para su control automático en función de la temperatura del local y mediante programador horario (CTE-DB-HS3).
- Los ventiladores/extractores dispondrán de parada automática en caso de incendio mediante detectores, rejillas intumescentes o compuertas cortafuegos (ITC-RAT 14).
- Los conductos y rejillas deberán tener la forma adecuada o disponer de las protecciones precisas para impedir la entrada del agua de lluvia (ITC-RAT 14).
- Los conductos de ventilación forzada tendrán sus salidas de forma que el aire expulsado no moleste a los usuarios del emplazamiento y transeúntes (ITC-RAT 14).
- Los conductos deben estar protegidos de forma tal que impidan el paso de pequeños animales, cuando su presencia pueda ser causa de averías (ITC-RAT 14).
CALOR EMITIDO POR CADA ELEMENTO
Independiente del tipo de sistema de ventilación que se desee calcular (natural, forzado o híbrido) primero es necesario conocer el calor a disipar que se genera en la sala. Para determinar el de los transformadores se tendrán en cuenta las pérdidas indicadas en la ITC-RAT 07, también sería correcto considerar las del Reglamento (UE) Nº548/2014 o las de las fichas técnicas de los propios equipos:
Para el resto de elementos se proponen los siguientes criterios de cálculo en función de principalmente la potencia nominal, excepto en el caso del alumbrado (que dependerá de la superficie de la sala) y de los operarios que trabajen en el local:
- Cuadros de protecciones: 0.10% de la potencia nominal de trabajo.
- Sistema de alumbrado: 25 [W/m²] (Tabla 3.2 de la CTE-DB-HE3).
- Operarios: 100 [W/persona] (UNE-EN ISO 8996).
- Inversores de corriente: 3% de la potencia instalada en inversores.
- Variadores de frecuencia: 3% de la potencia instalada en variadores.
- Rectificadores de potencia: 5% de la potencia instalada en rectificadores.
- Sistemas de acumulación: 5% de la capacidad instalada en baterías.
- Bombas hidráulicas: 10% de la potencia instalada en bombas.
- Motores eléctricos: 10% de la potencia instalada en motores.
- Grupos electrógenos: 10% de la potencia eléctrica del grupo.
En base a estos criterios se obtienen las pérdidas totales en [kW], que equivalen a la cantidad de calor que debe evacuarse para evitar sobrecalentamientos y se pueda trabajar en ella en condiciones salubres. Pueden aplicarse coeficientes de simultaneidad en el caso de que no se prevea que todos los equipos puedan operar al mismo tiempo.
MÉTODO DE CÁLCULO PARA LA VENTILACIÓN NATURAL
Para el cálculo de la superficie requerida para las rejillas -y conductos cuando estos sean necesarios- de ventilación natural se emplea la siguiente fórmula de referencia recogida en los proyectos tipo de las principales empresas distribuidoras:
Las rejillas empleadas pueden tener muchas formas y tamaños, las más habituales en centros de transformación, medida o/y seccionamiento miden aproximadamente 60×60 [cm] o 60×120 [cm]. Habrá que disponer de tantas unidades como sean precisas parar tener unas superficies de admisión y extracción similares o mayores a la obtenida con la fórmula expuesta.
MÉTODO DE CÁLCULO PARA LA VENTILACIÓN FORZADA
En el caso de la ventilación forzada se toman de referencia el criterio de cálculo del CTE-DB-HS3 y el documento técnico 1LES100006-ZB – rev. 1 del fabricante ABB tanto para determinar el extractor/ventilador necesario como la superficie libre de los conductos en el caso de que sean requeridos si la ventilación no puede ser directa al exterior:
CASO PRÁCTICO
Por último, para aplicar lo expuesto en la publicación se resolverá un caso práctico. Se desea verificar si el sistema de ventilación del centro de transformación y medida (CT&M) de abonado de la siguiente estación de recarga de vehículos eléctricos es correcto, el centro se ubica dentro de un prefabricado tipo PFU5 de Ormazabal que mide 2,38 x 6,08 [m]:
<<< Zunder Charging Station | N-634, 33A, 39548 Unquera, Cantabria>>>
El CT&M en cuestión alimenta dos cargadores para vehículos eléctricos que pueden llegar a entregar en total 540 [kW] y se estima que dispone en su interior de un transformador de unos 800 [kVA] además de un inversor de corriente de unos 20 [kW] asociado a la instalación fotovoltaica ejecutada en la marquesina que cubre la estación.
PASO 1 – Informe elaborado con la hoja de cálculo.
A continuación se adjunta la hoja de cálculo cumplimentada y el informe impreso favorable en formato PDF. Para poder comprobar el sistema de ventilación directa se ha estimado que las 4 rejillas de la pared lateral miden aproximadamente 60×60 [cm] y que las otras dos de mayor tamaño miden 60×120 [cm] (puerta del trafo + pared posterior):
Cabe indicar que en el caso de edificios prefabricados es muy habitual que el sistema de ventilación sea diseñado y dimensionado por el fabricante del edificio en base a sus propios criterios de cálculo y elementos que indique el comprador que va a instalar en su interior.
PASO 2 – Opción con ventilación forzada y tubos.
A título informativo se expone a continuación el cálculo del sistema de ventilación forzada con tubos en el hipotético caso de que fuera necesario en esta estación, como por ejemplo si el CT&M se ubicase en una planta sótano sin posibilidad de ventilación natural directa o con tubos al exterior:
PASO 3 – Conclusiones y comentarios finales.
El sistema de ventilación no suele ser un aspecto crítico en pequeñas instalaciones de baja tensión ni en aquellas montadas en envolventes a la intemperie. En el caso de instalaciones integradas en edificios de alta tensión o de baja tensión con mucha potencia si que se debe prestar especial atención al diseño y dimensionamiento de este sistema, sobre todo si no hay posibilidad de ventilación natural directa o con tubos al exterior, como puede ocurrir a veces en parkings subterráneos.
Excelente post. Me surge la duda mirando la tabla 3.2 Potencia instalada del CTE-DB-HE3, donde se especifica que la potencia máxima a instalar para Otros Usos es de 25W/m2, como comentas, pero no hace referencia a las pérdidas del sistema de alumbrado.
Esto me lleva a obtener que las pérdidas del sistema de alumbrado para una caseta prefabricada en mi caso son de 700W cuando la potencia de mis 2 luminarias es de 36W en total, es correcto esto?
Un saludo compi.
Buenas tardes Juan,
Si conoces la potencia de las bombillas entonces debes emplear ese valor, en tu caso 2×36 = 72 W.
La estimación por m2 es para los casos en los que se desconozca poder hacer los cálculos suponiendo el máximo permitido por m2.
Saludos.