Sistemas eléctricos, desde el diseño hasta la puesta en marcha

El primer paso para el equipo eléctrico es configurar los planos eléctricos para el paquete SD en base a los planos arquitectónicos preliminares recibidos. Los planos eléctricos deben incluir un plano general del emplazamiento y planos generales de piso para los paquetes de la torre, el podio y el garaje de estacionamiento, que se utilizarán para la coordinación de todas las salas eléctricas principales y la distribución de equipos.

A continuación, el equipo pasará algún tiempo revisando las normas de diseño del propietario para comprender los requisitos de energía para las diferentes áreas del edificio y luego investigará los códigos aplicables, incluidos el NEC y los códigos locales y de energía, para determinar las necesidades de los sistemas en función de los tipos de ocupación de las áreas de construcción.

La planificación para el diseño de un sistema eléctrico para instalaciones de este tamaño debe comenzar con la determinación y el estudio del tamaño y la naturaleza de la carga total a servir. Esto significa estimaciones de carga sobre la base de vatios por pie cuadrado y la estimación de la cantidad de otras cargas de utilización y sus concentraciones en todo el edificio. La comprensión de los principales requisitos de energía de las cargas o de los equipos y su ubicación en el edificio es esencial para la selección de los sistemas de distribución recomendados.

Una vez que se ha respondido a la lista de preguntas de coordinación del SD y se han identificado la mayoría de los tipos de ocupación del edificio en los planos, la tarea del ingeniero eléctrico es preparar una estimación aproximada de las cargas eléctricas según el artículo 220 del NEC. Considere las cargas conectadas estimadas con factores de demanda, factores de diversidad y datos históricos. Nuestra experiencia en grandes hoteles es un 25 % de carga de transformadores dimensionados según NEC y un 35 % de carga de transformadores de podio. El equipo de entrada de servicio generalmente se estima en una carga de 35 % a 45 %. También se debe estimar la carga preliminar del generador.

Una vez que se hayan completado las cargas preliminares y se hayan estimado las capacidades del servicio público y del equipo de conmutación, se debe desarrollar un sistema de distribución eléctrica preliminar. El diagrama de una sola fila debe incluir el equipo de conmutación principal, los transformadores reductores del sistema de voltaje medio a la distribución de 480/277 V, los generadores, los interruptores de transferencia automática (ATS), el sistema de potencia ininterrumpida (UPS), los sistemas de respaldo opcionales, los tableros de distribución de 480V/277 V, transformadores de 480/277 V a 208/120 V, tableros, alimentadores, conexiones preliminares a enfriadores, unidades de tratamiento de aire, bombas contra incendio, bombas de calor hidrónicas, torres de enfriamiento, elevadores, etc.

El sistema de distribución eléctrica debe incluir una topología, como ramas de energía (mecánica, seguridad humana, propósito general, iluminación, etc.) y una planificación cuidadosa para futuros aumentos en el uso eléctrico. Los conductores no suelen dimensionarse en este momento para los alimentadores porque es muy preliminar. Envíe el plano preliminar del emplazamiento con los puntos de servicio preferidos, el diagrama de una fila preliminar y las cargas estimadas al coordinador de servicios públicos secos o directamente al servicio público de servicio para el trabajo preliminar de servicio de la propiedad. Se recomienda solicitar los valores de corriente de falla disponibles a la empresa de servicios públicos en este momento.

El ingeniero eléctrico debe proporcionar al arquitecto los diseños preliminares de la sala eléctrica para coordinar las ubicaciones adecuadas de los principales equipos eléctricos en todo el edificio. El ingeniero eléctrico es responsable de coordinar los requisitos de espacio para una instalación eléctrica adecuada según los requisitos del artículo 110.26 del NEC. Además, en los espacios de habitación solicitados para albergar equipos eléctricos también se debería poder acomodar la adición de equipos futuros. Los pesos y tamaños de los equipos se estiman en esta fase para ayudar al arquitecto, al ingeniero estructural y al ingeniero mecánico con las necesidades de salida, de coordinación estructural y de enfriamiento.

Desarrollo de diseño 

La fase de desarrollo del diseño (DD) se enfoca en el diseño eléctrico y lo refina. El arquitecto debe proporcionar un conjunto de esquemas arquitectónicos más desarrollados para las diferentes áreas de la instalación. A estas alturas, los esquemas arquitectónicos deben incluir planos ampliados, planos preliminares de techos reflejados para las áreas de la parte trasera de la casa, las áreas de la cocina, las oficinas, los baños, las salas de descanso de los empleados, etc. El arquitecto debe enviar su juego de DD a todos los profesionales del diseño para seguir desarrollando su diseño.

Es durante este período inicial que el diseñador eléctrico debe enfatizar la necesidad de enrutamiento del banco de ductos, refuerzo estructural para equipos pesados, clasificación de las paredes de los cuartos eléctricos (si se requiere), espacios libres alrededor del equipo eléctrico, puertas de salida para cuartos eléctricos, transformadores, vías de barras, bandejas portacables, tableros y tableros de distribución, y otros elementos que puedan ser necesarios. Es mucho más difícil obtener tales cosas una vez que el diseño pasa a la documentación de construcción (CD).

El equipo eléctrico debe proporcionar preguntas de coordinación de DD al arquitecto y a otros consultores en función de las expectativas del propietario para el diseño eléctrico en esta fase y el progreso de las necesidades de coordinación eléctrica de otros profesionales del diseño, como un consultor de cocina.

El objetivo del equipo eléctrico en esta fase del proyecto es coordinar y diseñar la mayor parte del equipo interno, la iluminación, los receptáculos y los requisitos mecánicos, de plomería y de energía del equipo especificado por otros consultores. En esta fase se proporciona poca o ninguna rama de circuito.

Según el orden en que se reciba la información de otros consultores, el equipo debe planificar en qué áreas enfocarse primero. Los planos eléctricos incluidos suelen ser los siguientes:

• Hoja de cubierta eléctrica.
• Programación de accesorios de iluminación.
• Planos del emplazamiento.
• Planos generales.
• Planos de energía.
• Planos de iluminación.
• Planos ampliados de la sala eléctrica.
• Planos ampliados de servicio de alimentos.
• Planos de iluminación especial ampliados.
• Planos ampliados de unidad de habitación de invitados.
• Diagramas de una fila.
• Programación de paneles y atenuadores de luz.

Hoja de cubierta eléctrica: este esquema generalmente incluye el índice de la hoja de esquemas eléctricos, las abreviaturas y la leyenda de los símbolos eléctricos.

Programación de accesorios de iluminación: incorpora las especificaciones preliminares de iluminación del frente de la casa del consultor de iluminación, si está disponible. Se creará un cronograma de luminarias para el personal de limpieza y cocina porque estas áreas generalmente están bajo la responsabilidad del ingeniero eléctrico.

Plano del emplazamiento: el plano eléctrico del emplazamiento debe incluir solo el diseño de iluminación, basado en el diseño del consultor de iluminación complementado con la iluminación para el personal de limpieza y cocina de las áreas no accesibles al público. Por ejemplo, el consultor de iluminación suele proporcionar las luces de los postes de los estacionamientos, las aceras y la iluminación del paisaje. También se debe identificar la señalización montada en el edificio, la señalización del emplazamiento y cualquiera de los requisitos de energía de las características del agua del emplazamiento.

Un consultor de servicios públicos secos debe ayudar al ingeniero civil, a la empresa eléctrica local y al representante del propietario con los requisitos de servicios públicos del emplazamiento. Se deben indicar las ubicaciones de los equipos de conmutación de los servicios públicos o los transformadores proporcionados por los servicios públicos en el plano del emplazamiento eléctrico. En esta fase, es importante comprender la ruta, el diseño, la construcción, etc., propuestos en el emplazamiento para la empresa de servicios eléctricos.

Planos generales: los planos generales deben incluir el diseño del equipo de distribución eléctrica en cada nivel del edificio, incluido el equipo de conmutación principal, los generadores, los tableros de distribución, el equipo UPS, los tableros, el ATS, etc. Identifique las paredes para el arquitecto que deben tener un grosor de 6 pulgadas para los paneles al ras empotrados.

Planos de energía: proporciona diseños de tomacorrientes para las áreas internas. Considere proporcionar tomacorrientes de conveniencia a lo largo de los pasillos de la torre de la habitación de huéspedes a posiblemente 50 ' entre centros, determine la cantidad estimada de circuitos derivados de 20 amperios que se necesitan en la habitación de huéspedes típica, generalmente tres para una habitación de huéspedes estándar. Para las áreas del frente de la casa, coloque receptáculos de conveniencia según lo requiera el código y otros adicionales según lo indique el diseñador de interiores, el arquitecto y el propietario. Revise todos los esquemas arquitectónicos, de diseño de interiores, elevaciones, habitaciones típicas y otros esquemas de consultores para las ubicaciones de tomacorrientes requeridas, y captúrelos en este conjunto de esquemas.

Coordine los requisitos de energía del spa, la piscina, la señalización internamente iluminada, la seguridad/vigilancia, el teléfono/los datos y los equipos de audio/video con los consultores de diseño para desarrollar y diseñar la infraestructura eléctrica de apoyo.

Incorpore diseños de equipos mecánicos y de plomería según los requisitos de los consultores de diseño. Proporcione receptáculos impermeables y resistentes a la intemperie en la azotea dentro de los 25 ' del equipo mecánico. Coordine los requisitos de la sala de máquinas del ascensor, el foso, el hueco y posiblemente las luces de la parte superior del ascensor, los interruptores y los receptáculos.

Indique al arquitecto y al propietario en qué cargas de equipos se requiere legalmente tener energía de emergencia (NEC 700) o energía de respaldo (NEC 701) según el código. Confirme con el arquitecto y el propietario qué cargas de equipos se preferirán conectar a energía de respaldo opcional (NEC 702) o UPS para satisfacer adecuadamente las necesidades del propietario. Proporcione el diseño preliminar de los sistemas de energía de emergencia/requeridos por ley/potencia de respaldo opcionales e incluya el dimensionamiento y la selección del generador, el sistema de transferencia, la priorización preliminar de la carga, los criterios de desconexión de carga y los sistemas de distribución segregados de emergencia/requeridos por ley y de respaldo opcionales.

También se debe revisar el combustible del generador, el almacenamiento y las cantidades en este momento. Todos y cada uno de los tomacorrientes indicados en los planos arquitectónicos se deben incluir en los planos de energía eléctrica. Se requiere realizar una revisión exhaustiva de todos los planos arquitectónicos, elevaciones y habitaciones típicas.

Planos de iluminación: los cálculos preliminares de asignación de carga de iluminación por área para la parte trasera y delantera de la casa se deben realizar en función de los códigos de energía aplicables. El ingeniero eléctrico debe notificar al arquitecto y al consultor de iluminación sobre las asignaciones de iluminación, para que puedan diseñar sus diseños de iluminación para cumplir con los requisitos de energía de cada área y para comprender los requisitos de control de los códigos aplicables. Se necesita un alto nivel de coordinación para el diseño arquitectónico, de interiores, el diseño mecánico y los planes de iluminación en los planos eléctricos.

Se deben incluir diseños preliminares de iluminación de la parte trasera y delantera de la casa para iluminación normal y de emergencia. Los diagramas de iluminación de la parte trasera de la casa se deben entregar al arquitecto para su revisión y aprobación. El equipo de diseño eléctrico debe proporcionar cálculos fotométricos aproximados para indicar el cumplimiento preliminar con los requisitos de pie-candela de iluminación de emergencia a lo largo del camino de salida (1 pie-candela es el promedio). Se debe considerar la iluminación de emergencia en áreas tales como salas eléctricas, escaleras, salas de tecnología de la información, etc. Se debe colocar la señalización de salida en los planos y se debe coordinar con los planos de salida de los otros profesionales del diseño. También se debe incluir en los planos la iluminación de emergencia exterior sobre las puertas de descarga. Finalmente, se debe agregar a los planos los controles de iluminación para las áreas internas según los códigos aplicables (NEC y energía).

Planos ampliados de salas eléctricas: cree planos ampliados a escala de 0,25 a 1 pulgada para todas las salas eléctricas. Muestre los espacios libres del equipo y los requisitos de la puerta de salida de la sala eléctrica según el artículo 110.26 de NEC.

Planos de servicio de alimentos ampliados: cree planes ampliados de 0,25 a 1 pulgada a escala para las áreas de servicio de alimentos, que a veces son manejados por un consultor independiente. Los sistemas eléctricos de alimentos y bebidas se basan en las ubicaciones de los equipos y las cargas a granel del consultor de servicio de alimentos. Coloque tomacorrientes con interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI) según NEC 210.8(B)(2) dentro de las áreas de la cocina para la conexión de energía del servicio de alimentos.

Planos de unidades de habitaciones de huéspedes ampliadas: Desarrolle el diseño de las unidades de habitaciones de huéspedes ampliadas típicas (típicamente de 0,25  a 1 pulgada de escala) basándose en la información proporcionada por el arquitecto/diseñador de interiores. Los diseños de receptáculos deben cumplir con los requisitos del NEC 210.8(A), 210.12(C) y 210.60.

Diagramas de una sola línea: en este punto, el diagrama de una sola línea se está expandiendo a medida que se agregan sistemas de distribución eléctrica porque se están desarrollando más las diferentes áreas del edificio. Se deben incorporar alimentadores o conductos vacíos empalmados en todos los espacios de inquilinos. Actualizar los diagramas de una sola línea para incluir valores nominales de equipos para equipos de conmutación principales, generadores, ATS, tableros de distribución, transformadores, centros de control de motores, tableros, etc.

Luego, se deben preparar los diagramas de una sola fila de conformidad con los requisitos de la empresa de servicios públicos. Envíe líneas individuales actualizadas, cálculos de carga estimados y el plano del emplazamiento, incluida la ubicación recomendada del servicio, a la empresa de servicios públicos para su revisión. Determine los artículos suministrados por el propietario y los servicios públicos. Si se han recibido valores de corriente de falla de la empresa de servicios públicos, los cálculos de cortocircuito pueden comenzar en esta fase de diseño.

Programación de paneles y atenuadores de luz: cree el panel preliminar y los cronogramas de atenuadores de luz.

Especificaciones del libro: por lo general, para este tipo de proyectos, se proporcionarán las especificaciones de la División 26 de MasterFormat. Las secciones se deben incluir en función de los requisitos del proyecto.

Junto con el paquete de DD enviado al arquitecto, el equipo eléctrico debe enviar una lista de coordinación actualizada solicitando la información requerida del propietario, el arquitecto y otros consultores para pasar a la siguiente fase del diseño. Este es el momento de revisar los planos eléctricos con el propietario y el personal del propietario para coordinar necesidades específicas. Al revisar con el personal clave, se evitan cambios en la fase del documento de construcción (CD) y el propietario es una parte clara del proceso de diseño.

Documentación de construcción

En la fase de CD se completan los detalles del diseño eléctrico. El arquitecto debe proporcionar esquemas arquitectónicos finalizados para todas las diferentes áreas del proyecto junto con cualquier comentario del paquete de DD eléctrico presentado. Los esquemas arquitectónicos deben incluir todos los planos de planta, planos ampliados, planos de techo reflejados, detalles, elevaciones, etc., para todas las áreas del edificio. El arquitecto debe distribuir sus documentos de construcción a todos los profesionales del diseño involucrados en el proyecto para completar su diseño.

El diseño del servicio de alimentos, de interiores, de bajo voltaje, de iluminación, de transporte vertical, de rociadores contra incendios, de paisajismo, de mecánica, de plomería, de piscina, estructural u otras especialidades se debe finalizar durante esta fase del proyecto. El equipo eléctrico generalmente está al final de la fila esperando la información de todos los demás consultores para finalizar el diseño eléctrico. Por esta razón, es importante solicitar la información final en un tiempo razonable antes de que se programe la emisión del conjunto de esquema para el permiso.

Para asegurarse de que se ha proporcionado todo según lo solicitado, es durante esta fase que el diseñador debe revisar los espacios y espacios libres eléctricos solicitados para salas eléctricas, tableros, centros de control de motores y tableros de distribución.

La verificación del plano por parte de la autoridad de construcción local es una parte esencial del proceso de obtención de permisos. Finalmente, a satisfacción de los revisores del plan, el conjunto de CD está listo para ser entregado para construir.

Hoja de cubierta eléctrica: el equipo de diseño eléctrico debe verificar que los símbolos eléctricos utilizados en el conjunto de dibujos eléctricos estén incorporados en la leyenda de los símbolos eléctricos. El índice de la hoja debe incluir todos los dibujos eléctricos.

Programación de accesorios de iluminación: los cronogramas de accesorios de iluminación de la parte trasera y delantera de la casa, el emplazamiento, la fachada y las habitaciones de huéspedes deben incluir el vataje, el voltaje y el tipo de controlador.

Formularios de cumplimiento de energía: incluya cálculos de formularios de cumplimiento de energía para demostrar el cumplimiento de los códigos de energía aplicables.

Plano del emplazamiento: la iluminación del emplazamiento debe estar conectada y los controles de iluminación deben estar definidos. Se debe finalizar la señalización montada en el edificio, la señalización del emplazamiento y las conexiones y controles de energía de las características del agua del emplazamiento.

Coordine la ubicación de los generadores, equipos de conmutación de servicios públicos o transformadores suministrados por servicios públicos e indíquelos en el plano del emplazamiento. Se debe mostrar las estaciones de carga de vehículos eléctricos si así lo exigen los códigos o las necesidades del propietario.

Planos generales: verifique que el equipo de distribución eléctrica que se utiliza en cada nivel del edificio esté incluido y claramente identificado.

Planos de energía: incluyen circuitos para todos los dispositivos y equipos indicados en los otros dibujos profesionales de diseño. Defina claramente el sistema de potencia al que está conectado (es decir, emergencia, respaldo legalmente requerido, respaldo opcional, UPS, etc.).

Planos de iluminación: complete los circuitos de iluminación, los controles y las señales de salida de la parte trasera y delantera de la casa.

Planos ampliados de salas eléctricas: finalice los planos ampliados a escala de 0,25 a 1 pulgada para todas las salas eléctricas.

Planos de servicio de alimentos ampliados: complete los planos ampliados para las áreas de servicio de alimentos indicando todos los circuitos. Las cargas de demanda de la cocina se deben aplicar según NEC 220.56 y la Tabla 220.56.

Planos de unidades de habitaciones de huéspedes ampliadas: finalice el diseño de circuitos e iluminación/controles para las unidades de habitaciones de huéspedes ampliadas típicas en función de la información proporcionada por el arquitecto/diseñador de interiores y otros consultores. Considere las demandas permitidas en la Tabla 220 del NEC.

Diagramas de una fila: finalice los diagramas de una fila en función de las modificaciones del diseño final y el análisis de carga actualizado. Incluya programas de alimentación, notas, cálculos de carga (basados en la carga conectada del diseño), el programa del equipo que indica las especificaciones del equipo, etc. Proporcionar coordinación selectiva según los artículos 700.32 y 701.27 del NEC. Proporcione análisis de corriente de falla y análisis de caída de voltaje.

Programación de paneles y atenuadores de luz: finalice la programación de los tableros de panel y los atenuadores de luz para incluir la clasificación de capacidad de interrupción de amperios, la protección contra sobrecorriente principal/sobrecarga del motor principal, las clasificaciones de disyuntores de circuitos derivados, los voltios-amperios de carga (VA, Volt-Amps) y la descripción de la carga.

Especificaciones del libro: actualice las especificaciones del libro MasterFormat Division 26 en función de las modificaciones del diseño final. Revise otras secciones de especificaciones, como alarma contra incendios, bajo voltaje, mecánica y plomería, para asegurarse de que se logre la coordinación y que la dirección sea clara y concisa de conformidad con el código.

Administración de licitaciones y construcción 

Una vez que el propietario ha emitido y aprobado un conjunto completo de documentos de construcción, está listo para la oferta. El propietario debe enviar los esquemas a los contratistas interesados, quienes luego ofertarán el costo de construir el trabajo.

Realice observaciones del emplazamiento durante la fase de construcción para evaluar el estado de las instalaciones de los sistemas. Revise las presentaciones de material del contratista y los esquemas de taller. Responda a las solicitudes de información y cuestiones de coordinación de campo.

Puesta en marcha 

La puesta en marcha eléctrica (Cx) es un paso importante de los equipos de construcción y diseño, para que el propietario lo entienda, y se incluye qué equipo se revisará y cómo se revisará. Esto se puede dividir en varios pasos:

1. Observación visual de todo el equipo eléctrico, incluidos los componentes dentro del equipo eléctrico, como barras colectoras y cables, para confirmar que el equipo proporcionado está de acuerdo con los dibujos y especificaciones producidos por el ingeniero de registro. Esto incluye asegurarse de que se complete la lista y el etiquetado adecuados y que el equipo proporcionado cumpla con su lista. Además, debe confirmar que el equipo que se está suministrando e instalando cumple con las especificaciones y los requisitos del fabricante.
2. Las pruebas de funcionamiento, como las mediciones de resistencia a tierra, los ajustes de relés en los dispositivos de protección, las pruebas de protección contra fallas a tierra y las pruebas de GFCI/interruptores de circuito por falla de arco, son una observación del contratista que opera el equipo en cuestión para confirmar que su funcionamiento es el previsto en los documentos de diseño y de conformidad con los códigos. Además, pruebas de banco de carga de generadores para verificar la funcionalidad completa, pruebas de equipos en paralelo para una variedad de escenarios acordados y arranque de bombas contra incendios, así como interfaz de control de incendios y humo con sistemas eléctricos.
3. Mediciones de punto base de mantenimiento preventivo para exploraciones infrarrojas de todas las terminaciones de los equipos y lecturas de ampacidad y voltaje para todos los equipos. Según el alcance de Cx, las organizaciones de Cx representadas por el comisionista (CxA) y posiblemente la certificación LEED del U.S. Green Building Council, se describen ciertos requisitos para la documentación que se le debe al propietario. Además, revisión de materiales de operación y mantenimiento, proceso de resolución de incidencias señaladas por el CxA, etc.

Daniel Mendez y Rick H. Reyburn, PE, NV5, Las Vegas

Daniel Méndez es consultor de proyectos, sistemas eléctricos en NV5. Rick H. Reyburn es el director ejecutivo de ingeniería eléctrica de NV5.