Antes de construir una casa, es importante diseñar correctamente sus estructuras de carga. El cálculo de la carga sobre los cimientos garantizará la confiabilidad de los soportes debajo del edificio. Se lleva a cabo antes de la selección de los cimientos después de determinar las características del suelo.
El documento más importante para determinar el peso de las estructuras de las casas es el SP "Cargas e impactos". Es él quien regula qué cargas caen sobre la base y cómo determinarlas. Según este documento, las cargas se pueden dividir en los siguientes tipos:
- permanente;
- temporario.
Los temporales, a su vez, se dividen en de largo plazo y de corto plazo. Las constantes incluyen aquellas que no desaparecen durante el funcionamiento de la casa (el peso de las paredes, tabiques, pisos, techos, cimientos). Temporal a largo plazo es la masa de muebles y equipos, a corto plazo: nieve y viento.
Cargas permanentes
- las dimensiones de los elementos de la casa;
- el material del que están hechos;
- Factores de seguridad de la carga.
| Tipo de construcción | Peso |
| Paredes | |
| De ladrillos macizos cerámicos y de silicato de 380 mm de espesor (1,5 ladrillos) | 684kg/m2 |
| El mismo espesor 510 mm (2 ladrillos) | 918kg/m2 |
| Los mismos 640 mm de espesor (2,5 ladrillos) | 1152kg/m2 |
| El mismo espesor 770 mm (3 ladrillos) | 1386kg/m2 |
| Fabricada con ladrillo hueco cerámico de 380 mm de espesor | 532 kg/m2 |
| Los mismos 510 mm | 714kg/m2 |
| Los mismos 640 mm | 896 kg/m2 |
| Los mismos 770 mm | 1078kg/m2 |
| Fabricada en ladrillo hueco de silicato de 380 mm de espesor | 608 kg/m2 |
| Los mismos 510 mm | 816 kg/m2 |
| Los mismos 640 mm | 1024kg/m2 |
| Los mismos 770 mm | 1232 kg/m2 |
| De una barra (pino) de 200 mm de espesor | 104kg/m2 |
| Mismo espesor 300mm | 156 kg/m2 |
| Marco con aislamiento de 150 mm de espesor | 50kg/m2 |
| Tabiques y paredes interiores | |
| Fabricado con ladrillos cerámicos y de silicato (macizos) de 120 mm de espesor | 216 kg/m2 |
| Mismo espesor 250mm | 450kg/m2 |
| Fabricada con ladrillo hueco cerámico de 120 mm (250 mm) de espesor | 168 (350) kg/m2 |
| De ladrillo de silicato hueco de 120 mm de espesor (250 mm) | 192 (400) kg/m2 |
| De paneles de yeso de 80 mm sin aislamiento. | 28kg/m2 |
| De paneles de yeso de 80 mm con aislamiento. | 34kg/m2 |
| superposiciones | |
| Hormigón armado macizo de 220 mm de espesor con solera de cemento-arena de 30 mm | 625kg/m2 |
| Hormigón armado a partir de losas alveolares huecas de 220 mm con solera de 30 mm | 430kg/m2 |
| Madera sobre vigas de 200 mm de altura con la condición de colocar aislamiento con una densidad de no más de 100 kg / m 3 (a valores más bajos, se proporciona un margen de seguridad, ya que los cálculos independientes no tienen alta precisión) con colocación de parquet, laminado , linóleo o moqueta como revestimiento de suelo | 160kg/m2 |
| Techo | |
| Revestido con baldosas de cerámica | 120kg/m2 |
| De tejas bituminosas | 70kg/m2 |
| De tejas de metal | 60kg/m2 |
- profundidad de congelación del suelo;
- nivel del agua subterránea;
- la presencia de un sótano.
Cuando se acuesta en el sitio de suelos gruesos y arenosos (medianos, grandes), no puede profundizar la suela de la casa por la cantidad de congelación. Para arcillas, margas, margas arenosas y otras bases inestables, es necesario marcar la profundidad de congelación del suelo en invierno. Puede determinarse por la fórmula en el Joint Venture "Fundaciones y cimientos" o por los mapas en el SNiP "Climatología de la construcción" (este documento ahora se ha cancelado, pero en la construcción privada puede usarse con fines informativos).
Al determinar la ubicación de la suela de los cimientos de la casa, es importante controlar que esté ubicada a una distancia de al menos 50 cm del nivel del agua subterránea. Si el edificio tiene un sótano, la marca de la base se toma 30-50 cm por debajo de la marca del piso de la habitación.
Una vez que haya decidido la profundidad de congelación, deberá elegir el ancho de la base. Para cinta y columna, se toma según el grosor de la pared del edificio y la carga. Para losas, se asignan de manera que la parte de soporte se extienda más allá de las paredes exteriores en 10 cm, para pilotes, la sección se asigna por cálculo y el emparrillado se selecciona según la carga y el espesor de las paredes. Puede utilizar las recomendaciones de definición de la siguiente tabla.
| tipo de fundación | Método de determinación del peso |
| Cinta de hormigón armado | Multiplica el ancho de la cinta por su alto y largo. El volumen resultante debe multiplicarse por la densidad del hormigón armado: 2500 kg / m 3. Recomendado: . |
| Losa de hormigón armado | El ancho y la longitud del edificio se multiplican (se agregan 20 cm a cada tamaño para las protuberancias en los límites de las paredes exteriores), luego la multiplicación se realiza por el espesor y la densidad del hormigón armado. Recomendado: . |
| hormigón armado columnar | El área de la sección transversal se multiplica por la altura y la densidad del hormigón armado. El valor resultante se debe multiplicar por el número de soportes. En este caso, se calcula la masa de la parrilla. Si los elementos de cimentación tienen un ensanchamiento, también debe tenerse en cuenta en los cálculos de volumen. Recomendado: . |
| pila aburrida | Lo mismo que en el párrafo anterior, pero debe tener en cuenta la masa de la rejilla. Si la parrilla está hecha de hormigón armado, entonces su volumen se multiplica por 2500 kg / m 3, si es de madera (pino), entonces por 520 kg / m 3. Al fabricar una parrilla de metal laminado, deberá familiarizarse con el surtido o pasaporte de productos, que indican la masa de un metro lineal. Recomendado: . |
| tornillo de pila | Para cada pila, el fabricante especifica el peso. Es necesario multiplicar por el número de elementos y sumar la masa de la rejilla (ver el párrafo anterior). Recomendado: . |
El cálculo de la carga sobre la cimentación no acaba ahí. Para cada estructura en la masa, es necesario tener en cuenta el factor de seguridad de carga. Su valor para varios materiales se da en la empresa conjunta "Cargas y efectos". Para metal, será igual a 1.05, para madera - 1.1, para hormigón armado y estructuras de piedra armada de producción industrial - 1.2, para hormigón armado, que se fabrica directamente en el sitio de construcción - 1.3.
cargas vivas
La forma más fácil de lidiar con lo útil aquí. Para edificios de viviendas, es de 150 kg/m2 (determinado en función de la superficie construida). El coeficiente de fiabilidad en este caso será igual a 1,2.
La nieve depende del área de construcción. Para la determinación de la superficie nevada se requerirá la UTE de Climatología de la Construcción. Además, por el número del distrito, la magnitud de la carga se encuentra en la empresa conjunta "Cargas e impactos". El factor de fiabilidad es 1,4. Si la pendiente del techo es superior a 60 grados, no se tiene en cuenta la carga de nieve.
Determinación del valor para el cálculo
Al calcular los cimientos de una casa, no se requerirá su masa total, sino la carga que cae sobre un área determinada. Las acciones aquí dependen del tipo de estructura de soporte del edificio.
| tipo de fundación | Acciones en el cálculo |
| Cinta | Para calcular la base de la tira en términos de capacidad de carga, necesita una carga por metro lineal, según esto, el área de la suela se calcula para la transferencia normal de la masa de la casa a la base, según sobre la capacidad de carga del suelo (el valor exacto de la capacidad de carga del suelo solo se puede encontrar con la ayuda de estudios geológicos). La masa obtenida en la recogida de cargas debe dividirse por la longitud de la cinta. Al mismo tiempo, también se tienen en cuenta los cimientos para muros de carga internos. Esta es la manera más fácil. Para un cálculo más detallado, deberá utilizar el método de áreas de carga. Para hacer esto, determine el área desde la cual se transfiere la carga a un área determinada. Esta es una opción que requiere mucho tiempo, por lo que al construir una casa privada, puede usar el primer método, más simple. |
| losa | Necesitarás encontrar la masa por metro cuadrado de la losa. La carga encontrada se divide por el área de la cimentación. |
| columna y pila | Por lo general, en la construcción de viviendas privadas, la sección de pilotes está predeterminada y luego se selecciona su número. Para calcular la distancia entre los soportes, teniendo en cuenta la sección seleccionada y la capacidad de carga del suelo, debe encontrar la carga, como es el caso de una base de tira. Divida la masa de la casa por la longitud de los muros de carga debajo de los cuales se instalarán las pilas. Si el paso de los cimientos resulta demasiado grande o pequeño, se cambia la sección transversal de los soportes y se realiza el cálculo nuevamente. |
Ejemplo de cálculo
Es más conveniente recolectar cargas sobre los cimientos de una casa en forma tabular. El ejemplo se considera para los siguientes datos iniciales:
- la casa es de dos plantas, la altura del piso es de 3 m, las dimensiones en el plano son de 6 por 6 metros;
- cinta de cimentación monolítica de hormigón armado de 600 mm de ancho y 2000 mm de alto;
- paredes de ladrillo macizo de 510 mm de espesor;
- pisos monolíticos de hormigón armado de 220 mm de espesor con solera de cemento y arena de 30 mm de espesor;
- techo a cuatro aguas (4 pendientes, lo que significa que las paredes exteriores en todos los lados de la casa tendrán la misma altura) cubierto con tejas metálicas con una pendiente de 45 grados;
- una pared interior en el medio de la casa hecha de ladrillos de 250 mm de espesor;
- la longitud total de las particiones de paneles de yeso sin aislamiento con un espesor de 80 mm es de 10 metros.
- área de construcción de nieve ll, carga de techo 120 kg/m2.
| Definición de carga | factor de confiabilidad | Valor estimado, toneladas |
| Base 0,6 m * 2 m * (6 m * 4 + 6 m) \u003d 36 m 3 - volumen de cimentación 36 m 3 * 2500 kg / m 3 \u003d 90000 kg \u003d 90 toneladas |
1,3 | 117 |
| Paredes exteriores 6 m * 4 piezas \u003d 24 m - la longitud de las paredes 24 m * 3 m \u003d 72 m 2 - área dentro de un piso (72 m 2 * 2) * 918 kg / m 2 - 132192 kg \u003d 133 toneladas - la masa de las paredes de dos pisos |
1,2 | 159,6 |
| Paredes internas 6 m * 2 piezas * 3 m = 36 m 2 de superficie de pared en dos plantas 36 m 2 * 450 kg / m 2 \u003d 16200 kg \u003d 16,2 toneladas - peso |
1,2 | 19,4 |
| superposiciones 6 m * 6 m \u003d 36 m 2 - área del piso 36 m 2 * 625 kg / m 2 \u003d 22500 kg \u003d 22,5 toneladas - peso de un piso 22,5 t * 3 \u003d 67,5 toneladas - la masa de los pisos del sótano, entrepiso y ático |
1,2 | 81 |
| Particiones 10 m * 2,7 m (aquí no se toma la altura del piso, sino la altura de la habitación) \u003d 27 m 2 - área 27 m 2 * 28 kg / m 2 \u003d 756 kg \u003d 0,76 t |
1,2 | 0,9 |
| Techo (6 m * 6 m) / cos 45ᵒ (ángulo de inclinación del techo) \u003d (6 * 6) / 0.7 \u003d 51.5 m 2 - área del techo 51,5 m 2 * 60 kg / m 2 \u003d 3090 kg - 3,1 toneladas - peso |
1,2 | 3,7 |
| Carga útil 36m 2 * 150 kg / m 2 * 3 \u003d 16200 kg \u003d 16,2 toneladas (el área del piso y su número se toman de cálculos anteriores) |
1,2 | 19,4 |
| Nevado 51,5 m 2 * 120 kg / m 2 \u003d 6180 kg \u003d 6,18 toneladas (área del techo tomada de cálculos anteriores) |
1,4 | 8,7 |
Para entender el ejemplo, esta tabla debe verse junto con aquella en la que se dan las masas de las estructuras.
A continuación, debe sumar todos los valores obtenidos. La carga total para este ejemplo sobre la cimentación, teniendo en cuenta su propio peso, es de 409,7 toneladas. Para encontrar la carga por metro lineal de la cinta, es necesario dividir el valor obtenido por la longitud de la cimentación (calculada en la primera línea de la tabla entre paréntesis): 409,7 t/30 m = 13,66 t/m.p. Este valor se toma para el cálculo.
Al encontrar masa en casa, es importante seguir los pasos cuidadosamente. Lo mejor es dedicar suficiente tiempo a esta etapa de diseño. Si comete un error en esta parte de los cálculos, es posible que deba rehacer todo el cálculo de la capacidad de carga, y esto es un costo adicional de tiempo y esfuerzo. Una vez completada la recopilación de cargas, se recomienda verificarla dos veces para eliminar errores tipográficos e imprecisiones.
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Para protegerse cuando trabaje con electrodomésticos, primero debe calcular correctamente la sección transversal del cable y el cableado. Porque si el cable no se elige correctamente, puede provocar un cortocircuito, lo que puede provocar un incendio en el edificio, las consecuencias pueden ser catastróficas.
Esta regla también se aplica a la elección del cable para motores eléctricos.
Cálculo de potencia por corriente y voltaje.
Este cálculo se lleva a cabo sobre el hecho de poder, debe hacerse incluso antes de que comience el diseño de su hogar (casa, apartamento).
- Este valor depende de los dispositivos de alimentación por cable que estén conectados a la red.
- De acuerdo con la fórmula, puede calcular la intensidad de la corriente, para esto debe tomar la tensión de red exacta y la carga de los dispositivos alimentados. Su valor nos da una idea del área transversal de las venas.
Si conoce todos los aparatos eléctricos que deberían alimentarse desde la red en el futuro, puede hacer cálculos fácilmente para el esquema de suministro de energía. Los mismos cálculos se pueden realizar con fines de producción.
Red monofásica con un voltaje de 220 voltios
Fuerza de corriente fórmula I (A - amperios):
I=P/U
Donde P es la carga eléctrica completa (su designación debe indicarse en la hoja de datos técnicos de este dispositivo), W - vatio;
U - tensión de red, V (voltios).
La tabla muestra las cargas estándar de los aparatos eléctricos y la corriente que consumen (220 V).
| aparato eléctrico | Consumo de energía, W | Fuerza actual, A |
| Lavadora | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Jacuzzi | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Suelo radiante eléctrico | 800 – 1400 | 3,6 – 6,4 |
| Estufa eléctrica estacionaria | 4500 – 8500 | 20,5 – 38,6 |
| microonda | 900 – 1300 | 4,1 – 5,9 |
| Lavavajillas | 2000 - 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Congeladores, refrigeradores | 140 - 300 | 0,6 – 1,4 |
| Picadora de carne con accionamiento eléctrico | 1100 - 1200 | 5,0 - 5,5 |
| Hervidor eléctrico | 1850 – 2000 | 8,4 – 9,0 |
| cafetera electrica | 6z0 - 1200 | 3,0 – 5,5 |
| exprimidor | 240 - 360 | 1,1 – 1,6 |
| Tostadora | 640 - 1100 | 2,9 - 5,0 |
| Mezclador | 250 - 400 | 1,1 – 1,8 |
| secador de pelo | 400 - 1600 | 1,8 – 7,3 |
| Hierro | 900 - 1700 | 4,1 – 7,7 |
| aspiradora | 680 - 1400 | 3,1 – 6,4 |
| Admirador | 250 - 400 | 1,0 – 1,8 |
| TELEVISOR | 125 - 180 | 0,6 – 0,8 |
| equipo de radio | 70 - 100 | 0,3 – 0,5 |
| Dispositivos de iluminación | 20 - 100 | 0,1 – 0,4 |
En la figura, puede ver un diagrama de un dispositivo de suministro de energía de la casa con una conexión monofásica a una red de 220 voltios.
Como se muestra en la figura, todos los consumidores deben estar conectados a las máquinas adecuadas y un medidor, luego a una máquina común que soportará la carga total de la casa. El cable que traerá la corriente debe soportar la carga de todos los electrodomésticos conectados.
La siguiente tabla muestra el cableado oculto en un esquema monofásico para conectar una vivienda para la selección de cables a un voltaje de 220 voltios.
| Sección transversal del núcleo del alambre, mm 2 | Diámetro del núcleo del conductor, mm | Conductores de cobre | Conductores de aluminio | ||
| corriente, un | Potencia, W | corriente, un | potencia, kWt | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 1300 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 2200 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 3100 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 3300 | 10 | 2200 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 4200 | 14 | 3100 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 4600 | 16 | 3500 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 5900 | 21 | 4600 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 7500 | 26 | 5700 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 11000 | 38 | 8400 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 17600 | 55 | 12100 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 22000 | 65 | 14300 |
Como se muestra en la tabla, la sección transversal de los núcleos también depende del material del que está hecho.
Red trifásica con una tensión de 380 V.
En una fuente de alimentación trifásica, la intensidad de corriente se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Yo = P / 1.73U
P es el consumo de energía en vatios;
U es la tensión de red en voltios.
En una fuente de alimentación de fase de 380 V, la fórmula es la siguiente:
Yo = P/657.4
Si se conecta una red trifásica de 380 V a la casa, el diagrama de conexión se verá así.
La siguiente tabla muestra el diagrama de la sección transversal de los conductores en el cable de alimentación en varias cargas a una tensión trifásica de 380 V para cableado empotrado.
| Sección transversal del núcleo del alambre, mm 2 | Diámetro del núcleo del conductor, mm | Conductores de cobre | Conductores de aluminio | ||
| corriente, un | Potencia, W | corriente, un | potencia, kWt | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 2250 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 3800 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 5300 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 5700 | 10 | 3800 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 7200 | 14 | 5300 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 7900 | 16 | 6000 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 10000 | 21 | 7900 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 12000 | 26 | 9800 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 19000 | 38 | 14000 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 30000 | 55 | 20000 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 38000 | 65 | 24000 |
Para un cálculo adicional de la fuente de alimentación en circuitos de carga caracterizados por una gran potencia aparente reactiva, que es típica para el uso de fuente de alimentación en la industria:
- motor electrico;
- hornos de inducción;
- estranguladores de dispositivos de iluminación;
- transformadores de soldadura.
Este fenómeno debe tenerse en cuenta en los cálculos posteriores. En los aparatos eléctricos más potentes, la carga va mucho más, por lo tanto, en los cálculos, el factor de potencia se toma como 0,8.
Al calcular la carga de los electrodomésticos, la reserva de energía debe tomarse como 5%. Para la red eléctrica, este porcentaje pasa a ser del 20%.
Para un funcionamiento duradero y fiable del cableado eléctrico, es necesario elegir la sección correcta del cable. Para hacer esto, debe calcular la carga en la red eléctrica. Al realizar cálculos, debe recordarse que el cálculo de la carga de un aparato eléctrico y un grupo de aparatos eléctricos difieren un poco.
Cálculo de la carga actual para un solo consumidor.
La elección de un interruptor automático y el cálculo de la carga para un solo consumidor en una red residencial de 220 V es bastante simple. Para hacer esto, recordamos la ley principal de la ingeniería eléctrica: la ley de Ohm. Después de eso, habiendo configurado la potencia del electrodoméstico (indicado en el pasaporte del electrodoméstico) y dado el voltaje (para redes domésticas monofásicas de 220 V), calculamos la corriente consumida por el electrodoméstico.
Por ejemplo, un electrodoméstico tiene una tensión de alimentación de 220 V y una potencia nominal de 3 kW. Aplicamos la ley de Ohm y obtenemos I nom \u003d P nom / U nom \u003d 3000 W / 220 V \u003d 13.6 A. En consecuencia, para proteger a este consumidor de energía eléctrica, es necesario instalar un interruptor automático con una corriente nominal de 14 A. Como no los hay, se elige el mayor más cercano, es decir, con una corriente nominal de 16 A.
Cálculo de la carga actual para grupos de consumidores.
Dado que el suministro de energía de los consumidores de electricidad puede llevarse a cabo no solo individualmente, sino también en grupos, el problema de calcular la carga de un grupo de consumidores se vuelve relevante, ya que estarán conectados a un interruptor automático.
Para calcular un grupo de consumidores se introduce el coeficiente de demanda K s. Determina la probabilidad de conexión simultánea de todos los consumidores del grupo durante mucho tiempo.
El valor de K c = 1 corresponde a la conexión simultánea de todos los aparatos eléctricos del grupo. Naturalmente, la inclusión de todos los consumidores de electricidad en un apartamento al mismo tiempo es extremadamente rara, diría increíble. Existen métodos completos para calcular los coeficientes de demanda para empresas, casas, entradas, talleres, etc. El factor de demanda de un apartamento variará para diferentes habitaciones, consumidores y también dependerá en gran medida del estilo de vida de los residentes.
Por lo tanto, el cálculo para un grupo de consumidores parecerá algo más complicado, ya que se debe tener en cuenta este coeficiente.
La siguiente tabla muestra los factores de demanda de electrodomésticos en un apartamento pequeño:
El coeficiente de demanda será igual a la relación entre la potencia reducida y la K total del apartamento = 2843/8770 = 0,32.
Calculamos la corriente de carga I nom \u003d 2843 W / 220 V \u003d 12.92 A. Seleccionamos una máquina automática para 16A.
Usando las fórmulas anteriores, calculamos la corriente de operación de la red. Ahora debe seleccionar la sección de cable para cada consumidor o grupo de consumidores.
PUE (reglas para instalaciones eléctricas) regula la sección transversal del cable para varias corrientes, voltajes, potencias. A continuación se muestra una tabla de la que, según la potencia estimada de la red y la corriente, se selecciona la sección de cable para instalaciones eléctricas con tensión de 220 V y 380 V:
La tabla muestra solo las secciones transversales de los cables de cobre. Esto se debe al hecho de que el cableado de aluminio no se coloca en los edificios residenciales modernos.
También a continuación se muestra una tabla con el rango de capacidades de los electrodomésticos para el cálculo en redes de locales residenciales (de los estándares para determinar las cargas de diseño de edificios, apartamentos, casas privadas, microdistritos).
Selección típica del tamaño del cable
De acuerdo con la sección del cable, se utilizan disyuntores. La mayoría de las veces, se usa la versión clásica de la sección de alambre:
- Para circuitos de iluminación con una sección transversal de 1,5 mm 2;
- Para circuitos de enchufes con una sección de 2,5 mm 2;
- Para estufas eléctricas, acondicionadores de aire, calentadores de agua - 4 mm 2;
Se utiliza un cable de 10 mm 2 para introducir la alimentación eléctrica en el apartamento, aunque en la mayoría de los casos es suficiente con 6 mm 2 . Pero se elige con margen, por así decirlo, una sección de 10 mm 2 con la expectativa de un mayor número de electrodomésticos. Además, se instala un RCD común con una corriente de disparo de 300 mA en la entrada; su propósito es el fuego, ya que la corriente de disparo es demasiado alta para proteger a una persona o animal.
Para proteger a personas y animales, los RCD con una corriente de disparo de 10 mA o 30 mA se utilizan directamente en habitaciones potencialmente inseguras, como cocinas, baños y, a veces, grupos de tomacorrientes de habitaciones. La red de alumbrado, por regla general, no se suministra con un RCD.
Teoría cálculo de cargas eléctricas, cuyos cimientos se formaron en la década de 1930, tenían como objetivo determinar un conjunto de fórmulas que den una solución inequívoca para receptores de potencia dados y gráficos (indicadores) de cargas eléctricas. En general, la práctica ha demostrado las limitaciones del enfoque "ascendente", basado en los datos iniciales de los consumidores de energía individuales y sus grupos. Esta teoría sigue siendo importante al calcular los modos de operación de un pequeño número de receptores de potencia con datos conocidos, al agregar un número limitado de gráficos, al calcular 2UR.
En las décadas de 1980 y 1990. la teoría del cálculo de cargas eléctricas se adhiere cada vez más a métodos no formalizados, en particular, el método integrado para el cálculo de cargas eléctricas, cuyos elementos se incluyen en las "Directrices para el cálculo de las cargas eléctricas de los sistemas de suministro de energía" (RTM 36.18.32.0289 ). Es probable que trabajando con bases de datos de información sobre indicadores eléctricos y tecnológicos, análisis de conglomerados y teoría de reconocimiento de patrones, construcción de distribuciones probabilísticas y cenológicas para evaluación de expertos y profesionales pueda finalmente resolver el problema del cálculo de cargas eléctricas en todos los niveles del sistema de suministro de energía y en todas las etapas de la toma de una decisión técnica o de inversión.
Formalización del cálculo de cargas eléctricas desarrollado a lo largo de los años en varias direcciones y condujo a los siguientes métodos:
- empírico (método del coeficiente de demanda, expresiones empíricas de dos términos, consumo de energía específico y densidades de carga específicas, programa tecnológico);
- diagramas ordenados, transformados en cálculo según el factor de potencia activa calculado;
- realmente estadístico;
- modelado probabilístico de curvas de carga.
Método del factor de demanda
El método del factor de demanda es el más simple, el más extendido, y con él comenzó el cálculo de las cargas. Consiste en utilizar la expresión (2.20): según el valor Ru conocido (dado) y los valores tabulares dados en la literatura de referencia (ver ejemplos en la Tabla 2.1):
Se supone que el valor de Kc es el mismo para los receptores de potencia del mismo grupo (que funcionan en el mismo modo), independientemente del número y la potencia de los receptores individuales. El significado físico es la fracción de la suma de las potencias nominales de los receptores eléctricos, que refleja estadísticamente el modo máximo esperado en la práctica y que ocurre de operación y carga simultáneas de alguna combinación indefinida (implementación) de receptores instalados.
Los datos de referencia proporcionados para Kc y Kp corresponden al valor máximo y no a la expectativa matemática. Resumir los valores máximos, y no los promedios, inevitablemente sobreestima la carga. Si consideramos cualquier grupo de SE de la economía eléctrica moderna (y no los años 1930-1960), entonces la convencionalidad del concepto de "grupo homogéneo" se vuelve obvia. Las diferencias en el valor del coeficiente - 1:10 (hasta 1:100 y más) - son inevitables y se explican por las propiedades cenológicas de la economía eléctrica.
En mesa. 2.2 muestra los valores LGS que caracterizan las bombas como grupo. Al investigar más a fondo KQ4, por ejemplo, solo para bombas de agua sin tratar, también puede haber una diferencia de 1:10.
Es más correcto aprender a evaluar Kc como un todo para el consumidor (sección, departamento, taller). Es útil realizar un análisis de los valores calculados y reales para todos los objetos relacionados con la tecnología del mismo nivel del sistema de suministro de energía, similar a la Tabla. 1.2 y 1.3. Esto creará un banco de información personal y garantizará la precisión de los cálculos. El método de consumo energético específico es aplicable para tramos (instalaciones) 2UR (segundo, tercer... Nivel del Sistema Energético), departamentos de ZUR y talleres 4UR, donde los productos tecnológicos son homogéneos y cambian poco cuantitativamente (un aumento de producción suele reduce el consumo unitario de electricidad Aui).
Método "máxima potencia"
En condiciones reales, el funcionamiento continuo del consumidor no significa la constancia de la carga en el punto de su conexión a un nivel superior del sistema de alimentación. Como valor estadístico Lud, determinado para algún objeto previamente identificado por el consumo de energía A y el volumen L/, existe un promedio sobre un intervalo conocido, a menudo mensual o anual. Por lo tanto, la aplicación de la fórmula (2.30) no da la carga máxima, sino la media. Para seleccionar los transformadores ZUR, se puede tomar Рav = Рmax. En el caso general, especialmente para 4UR (taller), es necesario tener en cuenta Kmax como T para tomar el número real anual (diario) de horas de operación de producción con el máximo uso de potencia activa.
Método de densidades de carga específicas
El método de densidades de carga específicas es cercano al anterior. Se establece la potencia específica (densidad de carga) y y se determina el área del edificio de la estructura o sección, departamento, taller (por ejemplo, para talleres de construcción de maquinaria y metalurgia y = 0,12 ... 0,25 kW/m2 ; para talleres convertidores de oxígeno y = = 0,16 ... 0,32 kW/m2). Es posible una carga superior a 0,4 kW / m2 para algunas áreas, en particular, para aquellas donde hay receptores de potencia únicos con una potencia unitaria de 1,0 ... 30,0 MW.
método de gráfico de proceso
El método del cronograma tecnológico se basa en el cronograma de la unidad, línea o grupo de máquinas. Por ejemplo, se especifica el programa de operación de un horno de fundición de acero al arco: el tiempo de fusión (27 ... 50 min), el tiempo de oxidación (20 ... 80 min), el número de fundidos, la vinculación tecnológica con la operación de otras unidades de fundición de acero se indican. El gráfico le permite determinar el consumo eléctrico total por derretimiento, promedio por ciclo (teniendo en cuenta el tiempo hasta el próximo derretimiento) y la carga máxima para el cálculo de la red de suministro.
método de gráfico ordenado
El método de diagramas ordenados, que se aplicó en la directiva en las décadas de 1960 y 1970. para todos los niveles del sistema de suministro de energía y en todas las etapas de diseño, en las décadas de 1980 y 1990. se transformó en el cálculo de cargas según el factor de potencia activa calculado. Si hay datos sobre la cantidad de receptores de energía, su potencia, modos de operación, se recomienda usarlos para calcular los elementos del sistema de suministro de energía 2UR, ZUR (alambre, cable, barra colectora, equipo de bajo voltaje) que suministran un carga de potencia con voltaje de hasta 1 kV (simplificado para el número efectivo de receptores de todo el taller, es decir, para una red con un voltaje de 6 - 10 kV 4UR). La diferencia entre el método de los diagramas ordenados y el cálculo por el factor de potencia activa nominal radica en la sustitución del factor máximo, entendido siempre unívocamente como la relación Pmax/Rav (2,16), por el factor de potencia activa nominal Ap. El orden de cálculo para el elemento de nodo es el siguiente:
Se compila una lista (número) de receptores de energía, indicando su potencia nominal PHOMi (instalada);
Se determina el turno de trabajo de mayor consumo eléctrico y se acuerda el día característico (con los tecnólogos y el sistema eléctrico);
Se describen las características del proceso tecnológico que afectan el consumo de energía, se distinguen los receptores de energía con alta irregularidad de carga (se consideran de manera diferente, según la carga efectiva máxima);
Los siguientes receptores eléctricos están excluidos del cálculo (lista): a) baja potencia; b) reserva de acuerdo con las condiciones para el cálculo de cargas eléctricas; c) incluidos esporádicamente;
Se determinan grupos m de receptores eléctricos que tienen el mismo tipo (modo) de operación;
De estos grupos se distinguen subgrupos que tienen el mismo valor del factor de utilización individual a:u/;
Se asignan receptores eléctricos del mismo modo de operación y se determina su potencia promedio;
Se calcula la carga reactiva promedio;
Existe un coeficiente de utilización de grupo Kn de potencia activa;
El número efectivo de receptores de potencia en un grupo de n receptores de potencia se calcula:
donde el número efectivo (reducido) de receptores de potencia es el número de receptores de potencia de la misma potencia que son homogéneos en términos de operación, lo que da el mismo valor del P máximo calculado como un grupo de receptores de potencia que son diferentes en potencia y modo de operación.
Con el número de receptores de potencia en un grupo de cuatro o más, se permite tomar pe igual a n (el número real de receptores de potencia), siempre que la relación entre la potencia nominal del receptor de mayor potencia Pmutm y la potencia nominal del receptor de potencia más pequeño Dom mm es menos de tres. Al determinar el valor de p, se permite excluir los receptores de pequeña potencia, cuya potencia total no supere el 5% de la potencia nominal de todo el grupo;
De acuerdo con los datos de referencia y la constante de tiempo de calentamiento T0, se toma el valor del coeficiente Kp calculado;
La carga máxima calculada se determina:
Cargas eléctricas Se recomendó que los nodos individuales del sistema de suministro de energía en redes con voltajes superiores a 1 kV (ubicados en 4UR, 5UR) se determinen de manera similar con la inclusión de pérdidas en.
Los resultados del cálculo se resumen en una tabla. Esto completa el cálculo de las cargas según el factor de potencia activa calculado.
La carga máxima calculada de un grupo de receptores eléctricos Рmax se puede encontrar de forma simplificada:
donde Рnom - potencia nominal del grupo (la suma de las potencias nominales, con excepción de las de reserva según el cálculo de las cargas eléctricas); Рav.cm ~ potencia activa promedio para el turno más activo.
El cálculo según la fórmula (2.32) es engorroso, difícil de entender y aplicar, y lo más importante, a menudo da un doble (o más) error. El método supera la aleatoriedad no gaussiana, la incertidumbre y la incompletitud de la información inicial con las siguientes suposiciones: los receptores de potencia del mismo nombre tienen los mismos coeficientes, los motores de reserva se excluyen según las condiciones de las cargas eléctricas, el factor de utilización se considera independiente de el número de receptores de potencia en el grupo, se distinguen los receptores de potencia con un programa de carga casi constante, los receptores de potencia más pequeños se excluyen de los cálculos. El método no está diferenciado para diferentes niveles del sistema de suministro de energía y para diferentes etapas de implementación (coordinación) del proyecto. Se considera que el coeficiente calculado de la potencia activa máxima Kmax tiende a la unidad con un aumento en el número de receptores eléctricos (de hecho, este no es el caso, las estadísticas no lo confirman. Para un departamento donde hay 300 ... ,2… 1.4). La introducción de las relaciones de mercado, que conducen a la automatización, una variedad de productos, mueve los receptores eléctricos de un grupo a otro.
La definición estadística de Rav.cm para empresas operativas se complica por la dificultad de elegir el turno más ocupado (transferencia del inicio del trabajo para diferentes categorías de trabajadores dentro de un turno, trabajo en cuatro turnos, etc.). Aparece incertidumbre en las mediciones (superposición sobre la estructura administrativo-territorial). Las restricciones por parte del sistema de potencia conducen a regímenes en los que la carga máxima Ptx se presenta en un turno, mientras que el consumo de energía eléctrica es mayor en otro turno. Al determinar Рр, es necesario abandonar Рср.см, excluyendo los cálculos intermedios.
Una consideración detallada de las deficiencias del método se debe a la necesidad de demostrar que el cálculo de las cargas eléctricas, basado en ideas clásicas sobre el circuito eléctrico y las curvas de carga, teóricamente no puede proporcionar suficiente precisión.
Varios especialistas defienden sistemáticamente los métodos estadísticos para calcular las cargas eléctricas. El método tiene en cuenta que incluso para un grupo de mecanismos que operan en un área de producción dada, los coeficientes e indicadores varían ampliamente. Por ejemplo, el factor de inclusión para máquinas herramienta no automáticas del mismo tipo varía de 0,03 a 0,95, cargando A3, de 0,05 a 0,85.
La tarea de encontrar el máximo de la función Рр en un cierto intervalo de tiempo se complica por el hecho de que los receptores de energía y los consumidores con diferentes modos de operación se alimentan de 2UR, ZUR, 4UR. El método estadístico se basa en medir las cargas de las líneas que alimentan grupos característicos de receptores de potencia, sin referirse al modo de funcionamiento de los receptores de potencia individuales ni a las características numéricas de los gráficos individuales.
(xtypo_quote) El método utiliza dos características integrales: el promedio de carga general PQp y la desviación estándar general, donde la dispersión DP se toma para el mismo intervalo promedio. (/xtypo_quote)
La carga máxima se determina de la siguiente manera:
El valor de p se toma como diferente. En la teoría de la probabilidad, se suele utilizar la regla de los tres sigma: Pmax = Pavg ± Za, que, con una distribución normal, corresponde a una probabilidad límite de 0,9973. La probabilidad de exceder la carga en un 0,5 % corresponde a r = 2,5; para p = 1,65, se proporciona una probabilidad de error del 5%.
El método estadístico es un método confiable para estudiar las cargas de una empresa industrial en operación, proporcionando un valor relativamente correcto de la carga máxima Pi (miiX) declarada por una empresa industrial durante las horas de máximo en el sistema de potencia. En este caso, es necesario asumir una distribución gaussiana del funcionamiento de los receptores eléctricos (consumidores).
El método de modelado probabilístico de gráficos de carga implica un estudio directo de la naturaleza probabilística de cambios aleatorios sucesivos en la carga total de grupos de receptores de potencia a lo largo del tiempo y se basa en la teoría de procesos aleatorios, con la ayuda de la cual la autocorrelación (fórmula ( 2.10)), se obtienen funciones de correlación cruzada y otros parámetros. Los estudios de los horarios de trabajo de los receptores eléctricos de gran capacidad unitaria, los horarios de trabajo de los talleres y las empresas determinan las perspectivas del método para controlar los modos de consumo de energía y nivelar los horarios.
Calculadora Peso-En Casa-Online v.1.0
Cálculo del peso de la casa, teniendo en cuenta la nieve y la carga operativa en los pisos (cálculo de cargas verticales en la cimentación). La calculadora se implementa sobre la base de SP 20.13330.2011 Cargas e impactos (versión actual de SNiP 2.01.07-85).
Ejemplo de cálculo
La casa de concreto aireado que mide 10x12m es de un piso con un ático residencial.
Datos de entrada
- Esquema estructural del edificio: cinco paredes (con una pared de carga interna a lo largo del lado largo de la casa)
- Tamaño de la casa: 10x12m
- Número de pisos: 1 piso + ático
- Región de nieve de la Federación Rusa (para determinar la carga de nieve): San Petersburgo - 3ra región
- Material del techo: teja metálica
- Inclinación del techo: 30⁰
- Esquema estructural: esquema 1 (ático)
- Altura de la pared del ático: 1,2 m
- Decoración fachada buhardilla: ladrillo frontal texturizado 250x60x65
- Material de las paredes exteriores del ático: hormigón celular D500, 400 mm
- Material de las paredes interiores de la buhardilla: no interviene (la cumbrera está soportada por columnas que no se incluyen en el cálculo por su bajo peso)
- Carga operativa en pisos: 195 kg / m2 - ático residencial
- Altura planta baja: 3m
- Decoración fachada 1ª planta: ladrillo vista texturado 250x60x65
- Material de las paredes exteriores del primer piso: hormigón celular D500, 400 mm
- Material de las paredes internas del piso: hormigón celular D500, 300 mm
- Altura del zócalo: 0,4 m
- Material zócalo: ladrillo macizo (mampostería en 2 ladrillos), 510mm
Dimensiones de la casa
Longitud de la pared exterior: 2 * (10 + 12) = 44 m
Longitud de la pared interior: 12 m
Longitud total de la pared: 44 + 12 = 56 m
La altura de la casa, teniendo en cuenta el sótano \u003d La altura de las paredes del sótano + La altura de las paredes del 1er piso + La altura de las paredes del ático + La altura de los frontones \u003d 0.4 + 3 + 1.2 + 2,9 \u003d 7,5 m
Para encontrar la altura de los hastiales y el área del techo, usamos las fórmulas de la trigonometría.
ABC es un triangulo isosceles
AB=Sol - desconocido
AC \u003d 10 m (en la calculadora, la distancia entre los ejes del AG)
Ángulo BAC = Ángulo BCA = 30⁰
BC = AC * ½ * 1/ cos(30⁰) = 10 * 1/2 * 1/0,87 = 5,7 m
BD = BC * sin(30⁰) = 5,7 * 0,5 = 2,9 m (altura del frontón)
Área del triángulo ABC (área del hastial) = ½ * BC * AC * sin(30⁰) = ½ * 5,7 * 10 * 0,5 = 14
Área del techo \u003d 2 * BC * 12 (en la calculadora, la distancia entre los ejes es 12) \u003d 2 * 5.7 * 12 \u003d 139 m2
El área de las paredes exteriores = (Altura del sótano + Altura del 1er piso + Altura de las paredes del ático) * Longitud de las paredes exteriores + Área de dos frontones = (0.4 + 3 + 1.2) * 44 + 2 * 14 = 230 m2
Área de paredes internas = (Altura del sótano + Altura del 1er piso) * Longitud de las paredes internas = (0.4 + 3) * 12 = 41m2.
Superficie total construida = Largo de la casa * Ancho de la casa * (Número de pisos + 1) = 10 * 12 * (1 + 1) = 240 m2
Cálculo de carga
Techo
Ciudad de construcción: San Petersburgo
Según el mapa de las regiones nevadas de la Federación Rusa, la ciudad de San Petersburgo pertenece al 3er distrito. La carga de nieve estimada para esta zona es de 180 kg/m2.
Carga de nieve sobre el techo = Carga de nieve estimada * Superficie del techo * Coeficiente (dependiendo de la pendiente del techo) = 180 * 139 * 1 = 25 020 kg = 25 t
(coeficiente que depende de la pendiente del techo. A 60 grados no se tiene en cuenta la carga de nieve. Hasta 30 grados coeficiente = 1, de 31 a 59 grados el coeficiente se calcula por interpolación)
Masa del techo = Superficie del techo * Masa del material del techo = 139 * 30 = 4170 kg = 4 t
Carga total de la pared del ático = Carga de nieve del techo + Peso del techo = 25 + 4 = 29 t
¡Importante!Las cargas de material se muestran al final de este ejemplo.
Ático (desván)
Masa de las paredes exteriores = (Área de las paredes del ático + Área de las paredes del hastial) * (Masa del material de la pared exterior + Masa del material de la fachada) = (1,2 * 44 + 28) * (210 + 130) = 27 472 kg = 27 toneladas
Peso de las paredes interiores = 0
Masa del piso del ático = Área del piso del ático * Masa del material del piso = 10 * 12 * 350 = 42 000 kg = 42 toneladas
Carga total sobre las paredes del 1er piso = Carga total sobre las paredes del ático + Masa de las paredes exteriores del ático + Masa del piso del ático + Carga operativa del piso = 29 + 27 + 42 + 23 = 121 t
1er piso
Masa de paredes exteriores del 1er piso = Área de paredes exteriores * (Masa de material de pared exterior + Masa de material de fachada) = 3 * 44 * (210 + 130) = 44,880 kg = 45 toneladas
Masa de paredes internas del 1er piso = Área de paredes internas * Masa de material de paredes internas = 3 * 12 * 160 = 5 760 kg = 6 toneladas
Masa del piso del zócalo = Área del piso * Peso del material del piso = 10 * 12 * 350 = 42,000 kg = 42 toneladas
Carga de servicio de techo = Carga de servicio de diseño * Área de piso = 195 * 120 = 23,400 kg = 23 t
Carga total sobre las paredes del 1er piso = Carga total sobre las paredes del 1er piso + Masa de las paredes externas del 1er piso + Masa de las paredes internas del 1er piso + Peso del piso del sótano + Carga operativa del piso = 121 + 45 + 6 + 42 + 23 = 237 toneladas
pedestal
Masa del zócalo = Área del zócalo * Masa del material del zócalo = 0,4 * (44 + 12) * 1330 = 29 792 kg = 30 t
Carga total sobre los cimientos \u003d Carga total sobre las paredes del 1er piso + Peso del zócalo \u003d 237 + 30 \u003d 267 t
El peso de la casa, teniendo en cuenta las cargas.
La carga total sobre la cimentación, teniendo en cuenta el factor de seguridad = 267 * 1,3 = 347 t
Peso lineal de la casa con una carga distribuida uniformemente sobre la cimentación = Carga total sobre la cimentación, teniendo en cuenta el factor de seguridad / Longitud total de las paredes = 347 / 56 = 6,2 t / m.p. = 62kN/m
Al optar por calcular las cargas en los muros de carga (cinco paredes - 2 de carga externa + 1 de carga interna), se obtuvieron los siguientes resultados:
Peso lineal de los muros de carga externos (ejes A y D en la calculadora) = Área del primer muro de carga externo del zócalo * Masa del material de la pared del sótano + Área del primer muro de carga externo pared * (Masa del material de la pared + Masa del material de la fachada) + ¼ * Carga total de las paredes del ático + ¼ * (Peso del material del piso del ático + Carga de servicio del piso del ático) + ¼ * Carga total de la pared del ático + ¼ * (Material del piso del zócalo masa + carga de servicio del piso del sótano) = (0.4 * 12 * 1.33) + (3 + 1.2) * 12 * (0.210 + 0.130) + ¼ * 29 + ¼ * (42 + 23) + + ¼ * (42 + 23) = 6,4 + 17,2 + 7,25 + 16,25 + 16,25 = 63t = 5,2 t/m P. = 52kN