Cálculo de Tensión máxima de jalado de cables de energía (Cálculo manual y con herramientas de cálculo)

Edwin W. Márquez
Gerente de Ingeniería en Southwire Company
Instituto Politécnico Nacional (IPN). Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME Zacatenco)
Correo electrónico: edwin.marquez@southwire.com

Durante la instalación de los cables eléctricos es importante conocer el tipo de instalación y el medio de canalización, por ejemplo: ducto subterráneo, tubo conduit o bandeja abierta o cerrada, así como también la trayectoria.

Figura 1 – Tipos de Instalaciones

La tensión máxima de jalado va a estar determinada por los elementos involucrados en el jalado, como son los dispositivos de tracción y el cable.

Tensión permitida en el dispositivo de tracción

(pulling device or pulling eye), no se debe exceder la tensión permitida indicada por el fabricante del dispositivo de tracción o 10,000 libras.

Para los dispositivos de tipo malla-calcetín (basket grip) es comunemte usado 1,000 libras o lo especificado por el fabricante.

Figura 2 – Dispositivos de jalado

Tensión máxima en conductores de cable. Los conductores del cable son generalmente los únicos miembros que pueden soportar las fuerzas de tracción sin sufrir daños.

Las variables involucradas en el cálculo de la tensión de jalado son:

T_C = tensión en cada conductor, en libras

S = esfuerzo máximo permitido en el metal conductor, en libras/cmil

A = área de cada conductor, en cmil

N = número de conductores

T_cable = tensión máxima en el cable, en libras

T_device = tensión máxima del dispositivo de jalado

T_m = tensión máxima de jalado, la que sea menor entre T_device o T_cable, en libras

Tabla 1 – Esfuerzo maximo permitido en el conductor

Tabla 2 – Area del Conductor

Radio de las curvas:

Las siguientes ecuaciones son utilizadas para calcular las tensiones de jalado en cables en una trayectoria:

Donde:

T_in = tensión de entrada en la sección, en libras

T_out = tensión de salida en la sección, en libras

w = factor de corrección por peso, adimensional

μ = coeficiente de fricción, adimensional

W = peso del cable, lbs/pie

L = longitud de la sección, en pies

ϴ = ángulo de la curva desde una sección horizontal, radianes

Ф = ángulo de la sección de la curva, radianes

R = radio de la curva, pies

e = 2.71 logaritmo natural base

Coeficientes de fricción típicos:

Factores de corrección por peso:

La configuración de los cables puede afectar la tensión. El factor de corrección por peso (w) es usado para calcular tensión de jalado, este valor puede ser determinado usando las ecuaciones:

Ejemplo de cálculo:

Se tienen tres cables tipo THHN monoconductores calibre 4/0 AWG de cobre con diámetro “d” = 0.626 pulgadas, peso del cable “W” = 3 x 0.711 lbs/pie = 2.13 lbs/pie, tensión del dispositivo “T_device” = 10,000 lbs, diámetro del tubo conduit 2 pulgadas, curvas 1-2, 3-4 y 5-6 son de 90°C (1.57 radianes), usando 36 pulgadas de la curva del codo (radio interno 2.91 pies).

5. Calculando la tensión en cada segmento:

Realizando los mismos cálculos con la herramienta Southwire “SIMpull calculations” obtenemos un valor de 5,388 libras.

También se validan los cálculos con la herramienta Pull-Planner de Polywater Corporation se obtiene un valor de 5,547 libras.

Resumen de valores obtenidos:

Herramienta	Resultado
Calculo Manual	5,119 libras
Southwire SIMpull calculator	5,388 libras
Pull-Planner de Polywater Corporation	5,547 libras

Referencias

www.polywater.com

www.southwire.com