Calculadora de protección de bombas contra incendio (NEC)
Estimación rápida de conductores y protecciones para motores de bombas contra incendio según práctica común del NEC. No sustituye la consulta normativa ni la placa del motor.
| HP | Voltaje | FLA estimada (A) | Conductor ≥ (A) |
|---|---|---|---|
| 20 HP | 480 V | 24 | 30 |
| 50 HP | 480 V | 60 | 75 |
| 100 HP | 480 V | 119 | 149 |
| 10 HP | 230 V | 35 | 44 |
Preguntas frecuentes
Marco normativo y alcance técnico
La protección de bombas contra incendio se basa en el Código Eléctrico Nacional (NEC) y normas NFPA aplicables.
Normas principales y referencias
- NEC (NFPA 70) — artículos relevantes: 620 (aparatos electromecánicos), 430 (motores), 445 (motores de emergencia), 240 (protección contra sobrecorriente), 250 (puesta a tierra).
- NFPA 20 — Instalación de bombas contra incendio impulsadas por motor.
- IEEE, NEMA — guías de rendimiento de motores y arranques.
- Manual del fabricante de la bomba y del motor — datos fundamentales: curva Q-H, punto de operación, corriente nominal, factor de servicio.
Conceptos clave para la calculadora de protección
Explicación rápida de variables: corriente nominal, corriente de arranque, ajuste de sobrecorriente, protección térmica.
Variables críticas
- In: Corriente nominal del motor (A) — corriente a plena carga y frecuencia nominal.
- Is: Corriente de arranque (A) — puede ser corriente de arranque directa (DOL) o corriente durante arranque por variador/arrancador suave.
- MF: Factor de servicio (FS o SF) — multiplicador del par permitido por el motor.
- HP o kW: Potencia del motor.
- V: Tensión de alimentación (V) — mono/ trifásica y voltaje específico según NEC.
- PF: Factor de potencia del motor.
- N: RPM nominales.
- CED: Curva de demanda del sistema — caudal vs presión.
- IP: Clase de protección del motor (encapsulado, abierto, TEFC, etc.).
Requisitos de protección según NEC
Protección contra sobrecorriente, arrancadores, fusibles, seccionadores y ajustes específicos para bombas contra incendio.
Protección contra sobrecorriente — criterios esenciales
- Protección máxima de conductores: fusible o interruptor no debe exceder los porcentajes permitidos por NEC para motores (ej.: 175% para fusibles en algunos casos, ver artículo 430).
- Protección de partida: arrancadores con control de sobrecorriente y protección térmica que eviten bloqueo permanente.
- Dispositivo de protección contra fallas a tierra según NEC 215 y 230 cuando corresponda.
- Arranque por variador de velocidad (VFD) requiere protección contra sobrecarga apropiada y compatibilidad con bombas contra incendio (NFPA 20 restricciones en algunos casos).
Tablas de referencia: valores más comunes
Tablas con valores típicos de corrientes nominales, arranque y ajustes para bombas contra incendio.
| Potencia (HP) | Tensión (V) | Corriente nominal In (A) | Corriente arranque Is (A) | Factor de servicio FS |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 230 | 16.0 | 80–120 | 1.15 |
| 5 | 460 | 8.0 | 40–60 | 1.15 |
| 10 | 230 | 32.0 | 160–240 | 1.15 |
| 10 | 460 | 16.0 | 80–120 | 1.15 |
| 25 | 460 | 40.0 | 200–300 | 1.15 |
| 50 | 460 | 83.0 | 415–580 | 1.15 |
| 100 | 460 | 167.0 | 835–1,170 | 1.15 |
| Elemento | Rango típico | Observaciones |
|---|---|---|
| Interruptor termomagnético (protección motor) | 115–140% de In | Protección contra sobrecarga ajustable, ver tablas 430.52/430.32 |
| Fusible (protección conductores) | 150–200% de In | Fusible H o K según NEC, limitar según tabla 430.52 |
| Protección contra falla a tierra | Aplicar según 230/215 | Implementar según circulación del circuito y requerimiento de protección de bombas |
| Contactores/Arrancadores | Dimensionar a 125–250% de In para corriente de arranque | Uso de arrancadores suaves o VFD reduce Is |
Fórmulas y representaciones para la calculadora
Fórmulas fundamentales para cálculo de corrientes, protección y selección de dispositivos.
Potencia, corriente y factor de potencia
Fórmula de corriente trifásica:
In = (HP * 746) / (√3 * V * η * PF)
Variables explicadas:
- In: Corriente nominal en amperios.
- HP: Potencia del motor en caballos de fuerza.
- 746: conversión de HP a watts.
- V: tensión línea a línea en voltios.
- η: eficiencia del motor (decimal), típico 0.85–0.95.
- PF: factor de potencia (decimal), típico 0.8–0.95 en motores.
Corriente de arranque estimada
Para arranque directo (DOL) se usa un múltiplo de In:
Is = k_start * In
Parámetros:
- Is: Corriente de arranque (A).
- k_start: múltiplo de arranque (típico 5–7 para motores con alta inercia; 6 es un valor común).
Ajuste de protección de conductores y protección contra sobrecorriente
Dimensionamiento del conductor (según NEC conduce con 125% de In si factor de servicio aplica):
Icond = In * Fcs
Donde:
- Icond: corriente para dimensionar conductor.
- Fcs: factor requerido por NEC para conductores (ej.: 125% = 1.25 cuando el arranque ocasionalmente supera In y motor tiene controlador).
Ajuste máximo de fusible o interruptor proteger conductor:
Ipro = In * Fp
Donde:
- Ipro: ajuste del dispositivo de protección contra sobrecorriente.
- Fp: factor según tipo de dispositivo y NEC (ej.: fusible 175% = 1.75, interruptor termomagnético 250% en situaciones permitidas, revisar 430.52 y 430.32).
Pérdida de carga y punto de operación
Curva de bomba y motor: balance entre caudal Q y altura H.
H(Q) = H0 - k*q^2 (modelo empírico)
Variables:
- H(Q): altura en metros o pies a caudal Q.
- H0: altura sin caudal (teórica).
- k: coeficiente de pérdida (depende de tubería y accesorios).
- q: caudal (m3/h o gpm).
Cálculo de torque y relación con corriente
Torque proporcional a corriente en motores de inducción aproximado por:
T = Kt * I
Donde:
- T: torque (Nm).
- Kt: constante del motor (Nm/A), derivada de la placa de características.
- I: corriente (A).
Implementación práctica de la calculadora (lógica operativa)
Secuencia de cálculo: ingresar HP, V, eficiencia, PF, FS, tipo de arranque y seleccionar normativa aplicable.
- Obtener In con la fórmula de potencia.
- Calcular Is aplicando k_start según tipo de arranque.
- Determinar Icond aplicando factor NEC para conductores.
- Seleccionar ajuste de protección Ipro según tablas 430.52/430.32 y tipo de dispositivo.
- Verificar coordinación de falla a tierra y dispositivos upstream.
- Simular punto de operación con curva H(Q) y asegurar que el motor no opere en zona de recirculación.
Ejemplos del mundo real — caso 1: bomba contra incendio 50 HP, arranque DOL
Planteamiento: bomba centrífuga 50 HP, 460 V trifásico, eficiencia 0.92, PF 0.88, FS 1.15.
Datos iniciales
- HP = 50
- V = 460 V
- η = 0.92
- PF = 0.88
- k_start = 6 (arranque directo)
- NEC: conductor 125% de In, fusible máximo 175% según tipo
Cálculos paso a paso
1) Corriente nominal In:
In = (50 * 746) / (√3 * 460 * 0.92 * 0.88)
Resolución numérica:
- 50 * 746 = 37,300 W
- Denominador ≈ 1.732 * 460 * 0.92 * 0.88 ≈ 1.732 * 460 * 0.8096 ≈ 1.732 * 372.416 ≈ 644.9
- In ≈ 37,300 / 644.9 ≈ 57.85 A
2) Corriente de arranque Is = k_start * In = 6 * 57.85 ≈ 347 A.
3) Dimensionamiento conductor Icond = In * 1.25 ≈ 72.3 A → seleccionar conductor para 75 A o mayor según tabla de conductores.
4) Ajuste de fusible máximo (ejemplo fusible H): Ipro = In * 1.75 ≈ 101.2 A → elegir fusible comercial 110 A H.
5) Interruptor termomagnético ajustable para protección de motor: ajuste de sobrecarga térmica a 115%–125% de In según fabricante, por ejemplo 1.15*In=66.5 A ajuste nominal.
Observaciones finales:
- Coordinar fusible 110 A con interruptor y conductor 90/75 A según longitudes y temperatura.
- Verificar curva de arranque del motor y caída de tensión admisible durante arranque.
- Si NFPA 20 exige arranque por sistema alternativo para bombas de incendio en ciertos edificios, documentar justificativo.
Ejemplos del mundo real — caso 2: bomba 10 HP con VFD y requerimiento de arranque suave
Planteamiento: bomba 10 HP, 230 V trifásico, VFD con arranque limitado, eficiencia 0.89, PF 0.85.
Datos iniciales
- HP = 10
- V = 230 V
- η = 0.89
- PF = 0.85
- k_start ≈ 1.2 (arranque limitado por VFD)
- NEC: considerar requisitos para VFD y generación de armónicos, filtros si necesario
Cálculos paso a paso
1) Corriente nominal In:
In = (10 * 746) / (√3 * 230 * 0.89 * 0.85)
Resolución numérica:
- 10 * 746 = 7,460 W
- Denominador ≈ 1.732 * 230 * 0.89 * 0.85 ≈ 1.732 * 230 * 0.7565 ≈ 1.732 * 173.995 ≈ 301.4
- In ≈ 7,460 / 301.4 ≈ 24.75 A
2) Is con VFD: Is = 1.2 * 24.75 ≈ 29.7 A.
3) Icond = 1.25 * In ≈ 30.9 A → seleccionar conductor para 35 A.
4) Ipro para fusible (si aplica) = 1.75 * In ≈ 43.3 A; sin embargo, al usar VFD se recomienda protección electrónica adecuada y coordinar con fabricante.
5) Complementos: instalar filtro de armónicos, comprobar sobretemperaturas en el motor por PWM y verificar compatibilidad con NFPA 20 sobre uso de VFD en bombas de incendio.
Conclusiones técnicas del caso:
- VFD reduce corriente de arranque, facilita seleccionar conductores y reduce caída de tensión.
- Debe verificarse la capacidad de la fuente de emergencia y la transferencia automática si la bomba es de servicio crítico.
Validaciones adicionales y consideraciones avanzadas
Aspectos a verificar: caídas de tensión, coordinación de protecciones, temperaturas ambiente y agrupamiento de conductores.
Caída de tensión
- Calcular caída de tensión máxima permitida durante arranque y plena carga: ΔV = I * (R*cosφ + X*sinφ) * L*2 (simplificado para circuito trifásico).
- Verificar que ΔV no exceda el 5% recomendado para equipos críticos.
Coordinación de protecciones y selectividad
- Seleccionar fusibles y relés termomagnéticos con curvas que permitan el tiempo de arranque pero protejan contra cortocircuitos.
- Implementar dispositivo de protección contra falla a tierra cuando lo requiere la instalación.
Consideraciones térmicas y de duty
- Si la bomba trabaja en ciclos frecuentes, revisar límites de arranque por hora y temperatura máxima del bobinado.
- Aplicar correcciones por temperatura ambiente y agrupamiento de cables según NEC capítulo 3 del artículo 310.
Ampliación de tablas y recursos normativos
Tablas extendidas de corrientes por HP y voltaje, factores de ajuste y códigos referencia para ingeniería.
| HP | 230 V (A) | 460 V (A) | 575 V (A) |
|---|---|---|---|
| 1 | 7.2 | 3.6 | 2.9 |
| 2 | 9.8 | 4.9 | 3.9 |
| 5 | 16.0 | 8.0 | 6.4 |
| 10 | 32.0 | 16.0 | 12.8 |
| 25 | 80.0 | 40.0 | 32.0 |
| 50 | 166.0 | 83.0 | 66.0 |
| 100 | 333.0 | 167.0 | 133.0 |
| Concepto | Factor | Aplicación |
|---|---|---|
| Factor de servicio (FS) | 1.0–1.25 | Depende motor; placa indica FS |
| Multiplicador arranque DOL | 5–8 | Tipo de motor y carga |
| Multiplicador arranque VFD | 1.0–1.5 | Control de rampa |
| Ajuste conductor según NEC | 1.25 | Conductores para motoresalimentados por arrancadores |
Fuentes, enlaces de autoridad y referencias normativas
Enlaces y referencias útiles para normativa y cálculos de diseño.
- NEC (NFPA 70) — National Fire Protection Association: https://www.nfpa.org/ (consultar artículos 430, 445, 620)
- NFPA 20 — Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection: https://www.nfpa.org/
- IEEE y NEMA — especificaciones de motores y arranques: https://www.nema.org/ https://www.ieee.org/
- Manuales de fabricantes de bombas y motores (ej.: Grundfos, Sulzer, Xylem) — consultar las hojas de características y curvas Q-H.
Buenas prácticas de implementación y verificación
Checklist profesional para validar la instalación y la protección de bombas contra incendio.
- Verificar que la protección seleccionada cumple tablas 430.52 y 430.32 del NEC.
- Confirmar coordinación entre fusibles, interruptores y dispositivos de control.
- Realizar ensayo de arranque y medir caída de tensión y temperatura en conductor y motor.
- Registrar curvas de rendimiento y asegurar que el punto de operación esté en la zona estable de la bomba.
- Documentar procedimientos de mantenimiento y pruebas semestrales/anuales según NFPA 25 y NFPA 20.
Ampliación técnica: temas avanzados
Discusión sobre harmonicidad, VFD en bombas de incendios y rendimiento térmico en servicio continuo.
Harmónicos y mitigación
- VFD generan armónicos que pueden afectar mediciones y protección; considerar filtros pasivos/activos y transformadores dV/dt.
- Verificar capacidad térmica del motor cuando se usan VFD con modulación PWM.
Arranque en paralelo y banco de bombas
- Cuando varias bombas arrancan en secuencia, analizar el aumento acumulado de demanda y la capacidad del suministro.
- Implementar secuenciadores o soft-starters para reducir picos simultáneos.
Recapitulación técnica y pasos de implementación
Resumen operativo: calcular In, Is, seleccionar conductores, ajustar protecciones y verificar normativas.
- Implementar siempre con documentación de fabricante y certificación del instalador.
- Realizar pruebas funcionales completas y mantener registros de mantenimiento conforme a NFPA.
Apéndice: listas rápidas de fórmulas incluidas
Relación de todas las fórmulas presentadas para integrar en la calculadora.
- In = (HP * 746) / (√3 * V * η * PF)
- Is = k_start * In
- Icond = In * Fcs
- Ipro = In * Fp
- H(Q) = H0 - k*q^2
- T = Kt * I
- ΔV ≈ I * R_total (ajustada por factor de potencia y reactancia para cálculo detallado)
Soporte técnico y próximos pasos
Si necesita, puedo adaptar la calculadora a formato interactivo con validaciones por normativa y exportable.
- Entrega de hoja de cálculo con fórmulas y validaciones NEC.
- Implementación web responsiva con interfaz accesible y exportación PDF de resultados.