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El costo de un conductor 1/3 NC puede ser entre 38% y 63% del Full NC
¿Cuánto cuesta equivocarse en el dimensionamiento de un cable? Caso práctico
En la industria eléctrica, el área de distribución y transmisión ha dado pie a un sinfín de estudios referentes a las distintas configuraciones que permitan un manejo más eficiente de las inversiones de capital (CAPEX).
Uno de los casos más estudiados ha sido el de los cables de distribución en media tensión, especialmente en las últimas décadas, debido a la volatilidad de los costos de las materias primas y al aumento de los precios de producción y logística. Todo esto ha impulsado la búsqueda de eficiencia en el aspecto económico.
Históricamente, la sobredimensión de los cables con sistema de neutro concéntrico tanto en el conductor como en el sistema de neutro venía siendo una práctica ampliamente extendida con repercusiones económicas que se valoraban como «bajas».
Sin embargo, con la variación en el precio del cobre (Figura 1.) que muestra un aumento más de 120% entre el 2020 y 2021 se plantea una duda genuina sobre la sostenibilidad de esta práctica.
El empleo de los cables con Neutro Concéntrico (NC) ha representado una mejora sobre la instalación al mantener tanto el neutro del sistema como la tierra en un mismo conductor. Éste, siendo instalado sobre el conductor activo de forma radial implica un aumento mínimo del diámetro del cable permitiendo la instalación de forma más eficiente y menos repetitiva al no requerirse la colocación de conductores paralelos.
A continuación se evalúan las implicaciones sobre el dimensionamiento y selección del calibre de Neutro Concéntrico. Generalmente, dicho análisis implica considerar variables netamente técnicas en las que el cambio económico unitario es prácticamente despreciable.
Sin embargo, el presente análisis técnico-económico contrasta diferentes aristas al emplear cómputos métricos para un proyecto medio de 100.000 ft. Para esto, se emplea un valor del cobre de $/lb 4.372 más una prima de transformación de $/lb 0.400.
El dimensionamiento del conductor de neutro en los cables de distribución conlleva implicaciones técnicas importantes; mediante éste fluirá una corriente variable y su ampacidad se verá influenciada por factores externos; donde promovido por el efecto Joule generará un calentamiento en la chaqueta del cable (su propio aislante) y un efecto sinérgico en su desempeño junto al de las fases vivas.
Adicional a esto, es importante resaltar que a nivel económico las diferencias entre el empleo de 1/3 Neutro Concéntrico (1/3 NC) y un Full Neutro concéntrico (Full NC) (ambos definidos y estandarizados en la norma ICEA S-94-649) son considerables (Figura 2).
El costo de un conductor 1/3 NC puede ser entre 38% y 63% del Full NC. Traduciéndose esto en ahorros hasta de hasta 200.000$/100Mft de diferencia para cables 350KCMIL en aluminio entre ambas construcciones.
Por ende, con miras a optimizar el dimensionamiento del cable, la solución de 1/3 NC suele emplearse a nivel de distribución. Un dimensionamiento deficiente, en el cual 1/3 NC tenga una ampacidad inferior a la requerida implicaría su sobrecalentamiento.
Esto pudiera comprometer la integridad del aislamiento (la misma chaqueta externa del cable); dando pie a fallas incipientes y aumentando la posibilidad de permeabilidad de líquidos y gases que pudiesen generar el surgimiento de corrosión en los hilos del neutro concéntrico e incluso la falla del mismo conductor.
«El costo de un conductor 1/3 NC puede ser entre 38% y 63% del Full NC.»
Considerando esto, puede ser necesario cambiar la configuración 1/3 NC a Full NC incluso luego de la procura o instalación del cable.
Lógicamente, cambiar todo el alimentador para incluir la sección transversal del NC adicional no representa una solución factible técnica o económicamente. Por ende, se realiza la instalación de un conductor adicional que opera como conductor de neutro extra para llevar de la configuración 1/3 Neutro Concéntrico a Full Neutro concéntrico en función de su área transversal.
Para garantizar la ampacidad correspondiente a un conductor Full Neutro Concéntrico, el calibre del conductor adicional debe tener como mínimo el área transversal faltante entre la instalación actual y la deseada.
En la Tabla 1. se presentan las secciones transversales en KCMIL de ambas configuraciones así como su diferencia y el calibre equivalente a instalar para pasar de 1/3 NC a Full NC. En función a este análisis puede verse que el cambio implica en el mejor de los casos la instalación de un cable 6AWG en cobre.
Podría esperarse que con el objetivo de optimizar, se intente instalar el calibre directo más cercano. Sin embargo, dicho arreglo se realiza posterior a la procura del cable. Por ende, la logística adicional para este único cable o su disponibilidad en inventario implican costos y retos ocultos para el proyecto. Esto sin incluir los costos de retraso, la falla catastrófica o el compromiso de la integridad del sistema.
En consecuencia, el calibre adicional a instalar suele ser el siguiente calibre comercial más grande al técnicamente correcto.
Incluso, previo a los problemas descritos anteriormente, se evalúa la mera diferencia en materia prima entre ambos casos: Full NC y 1/3 NC + conductor adicional.
En la Figura 3. se observa la diferencia en el monto total en cobre entre las construcciones de Full Neutro Concéntrico y 1/3 NC + Conductor adicional para un proyecto estándar de 100Mft. Es de esperar que a mayor valor del proyecto, la diferencia bruta tienda a incrementarse. Inicialmente, para un calibre de conductor de 2AWG la diferencia es prácticamente
imperceptible, de $1200/100Mft.
Sin embargo, al incrementar el calibre dicha diferencia puede ir entre $9.300 hasta más de $113.000 siempre a favor de la instalación Full NC sobre 1/3 NC + conductor adicional.
Este revelador análisis evidencia la importancia de la especificación correcta durante la etapa de ingeniería. A pesar de parecer más costoso inicialmente, la implementación de un Full Neutro Concéntrico correctamente evaluado puede representar entre $9.300 y $113.000 de ahorro para un proyecto mediano de 100.000 ft de conductor de media tensión.
Este beneficio, no considera inclusive los costos logísticos, horas hombre de instalación, accesorios adicionales requeridos y factores de operación como corrosión, corrientes y tensiones inducidas posibles que conllevan la instalación de un cable adicional.
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