BIM y electricidad. ELECTRICIDAD y bim

28 Diciembre 2018

Conforme nos introducimos en el mundo de las instalaciones modeladas y calculadas utilizando herramientas de modelado BIM, queremos ir abarcando campos que antes se quedaban al lado. Este es el caso de la electricidad, la cual hasta el día de hoy se ha visto reducida casi exclusivamente a iconos en 2D y 3D con cierta información.

1 INTRODUCCIÓN A lo largo de mi trayectoria profesional utilizando herramientas BIM para el modelado de instalaciones, me he encontrado una disciplina que pasaba podríamos decir “de puntillas” en esta metodología de trabajo. Me refiero a la instalación eléctrica y todas aquellas que utilizan cables. En este artículo voy a exponer mi experiencia personal utilizando como herramienta BIM el software DDS-CAD para modelar y calcular instalaciones eléctricas.

Dentro del conjunto de herramientas que hay en el mercado, ésta es una de las que tiene mayor bagaje pues Data Design System se funda en 1984 en Noruega y desde sus inicios apostó por la incipiente metodología que hoy todos denominamos BIM. No es la más conocida por el gran público, pero sí lo es en los ambientes en los que el formato IFC se valora. Donde la interoperabilidad y utilización de las mejores herramientas para cada función cobra importancia. Voy a comenzar con una pregunta: ¿Interesar en la gestión de un edificio conocer respecto de cualquier consumidor de energía eléctrica la información referente al cuadro eléctrico que lo maneja, el circuito que lo alimenta y la protección que tiene?

Desde mi humilde opinión, la respuesta es SI. En un mundo donde se está valorando cada vez más la información, tener información para poder posteriormente gestionarla es importante. El presente artículo va a tratar sobre el modelado y cálculos de la instalación eléctrica de un edificio destinado a educación en el nivel de formación profesional.

2 TRABAJO INTERNO EN DDS-CAD (para comprender como trabaja la herramienta)

El edificio constaba de un total de cincuenta y tres cuadros eléctricos desde el cuadro principal del edificio a cuadros principales de planta y cuadros secundarios. Partí del modelo arquitectónico que se había realizado en un momento anterior y para otras causas por el equipo eBIM, formado por Carlos Grosso de la Herranz, Javier Farratell y Javier Pérez Gil utilizando como herramienta de modelado el programa Archicad. El IFC generado desde él lo importé en mi programa para realizar el proyecto eléctrico.

Siguiendo las directrices indicadas por el ingeniero D. Francisco González Guerra se ubicaron los elementos consumidores de energía eléctrica y los cuadros eléctricos, así como los interruptores, detectores y tomas de corriente.

En la forma de trabajar DDS-CAD, el núcleo de todo el cálculo de líneas eléctricas se encuentra en el diseño del cuadro eléctrico. Han de ser diseñados primero para poder calcular los cables posteriormente. Por ello, cuadro a cuadro tuve que introducir los elementos de protección, y los cables a utilizar.

La siguiente imagen introducida pertenece a uno de los cuadros del proyecto (Cuadro taller F.P.B.).

Se ve que se divide en columnas, cada una de ella tiene una función. En las columnas 1, 2/3 y Conect vemos unas líneas de color amarillo. Expresan la entrada, alimentación a otros cuadros y alimentación a elementos consumidores de electricidad.

La columna Circuit enumera cada uno de los circuitos, si es trifásico o monofásico, o el porcentaje de carga a tener en cuenta en el interruptor general.

La columna Device contiene la protección primera de la línea y la columna Comp. 1 la protección segunda. Por ello hay líneas como los circuitos 5 y 7 que tienen la protección F5 y F6, o las protecciones F8 y F9. En las imágenes posteriores del esquema unifilar o multifilar que genera a partir de esta configuración podremos entenderlo.

La columna Cable es en la que elijo el cable en sección y tipología a partir del cual y una vez que calcule me dirá si cumple o no. Es por tanto un predimensionamiento.

La columna Voltage hace indicación a la tensión de cálculo. La columna Load indica la carga de amperios (traducida internamente al conocer la potencia y la tensión de trabajo) para la que se calculará el cable.

La columna Length indica la longitud de la línea eléctrica, así como la caída de tensión hasta el cuadro eléctrico que la alimenta y desde éste hasta el principal.

En él se ha definido la alimentación a dicho cuadro (circuito 1), derivaciones a diversos cuadros que son alimentados desde él (circuitos 2, 3 y 4) y circuitos de alimentación a varios aparatos (circuitos 5, 6, 7, 8).

Al definir cada circuito se le indica el número de fases que lo alimentan (1, 2 o 3) y posteriormente se introducen las protecciones previstas inicialmente (F1 A F10) las cuales se eligen de las bases de datos del programa (diferenciales, magnetotérmicos, fusibles…).

La Fig. 2 (Distribution Board C-0-2, Cuadro taller F.P.B.) representa un momento del proyecto en el que se ha calculado cada una de las líneas y es por ello que aparecen en la columna Length tanto la longitud del cable, como la caída de tensión, apareciendo dos: una calculada desde el cuadro y otra desde el inicio total de la instalación. Cuando se crea el cuadro, la longitud es 0 y no hay caídas de tensión.

En cuanto se ha definido el cuadro eléctrico (aunque no se haya trazado el cable) se tiene acceso al esquema unifilar que genera el programa.

A continuación, introduzco las imágenes pertenecientes al esquema (en este caso multifilar) del Cuadro taller F.P.B.

Ocupa dos hojas A4. La representación no es la habitual en nuestro país, pero sí se utiliza en Alemania.

Cada hoja se divide en un número de columnas (1 a 8) y de filas (A a F) y al terminar la información en una hoja se indica en la celda del extremo superior derecho la información referente a donde continua. En la siguiente hoja en la celda del extremo superior izquierdo hace lo mismo indicando de donde viene.

Fig. 3 Esquema multifilar que se consigue del cuadro eléctrico perteneciente al Cuadro taller F.P.B. (Fig. 2). También es posible extraer el mismo esquema unifilar. Este cuadro ocupa dos hojas A4

El siguiente paso a realizar es trazar los cables por el camino previsto para ello y unir cada circuito del cuadro eléctrico con los elementos consumidores.

Realizando este proceso con cada cuadro se obtuvo la instalación eléctrica de todo el edificio. Mostramos en las siguientes imágenes las diversas plantas de la instalación eléctrica del edificio.

Fig. 4 Planta semisótano. Perspectiva generada desde DDS-CAD

Fig. 5 Planta baja. Perspectiva generada desde DDS-CAD

Fig. 6 Planta primera. Perspectiva generada desde DDS-CAD

Fig. 7 Planta segunda. Perspectiva generada desde DDS-CAD

Una vez trazadas las líneas se calculan dentro del cuadro eléctrico al que pertenecen y en función de la sección predefinida, la carga a alimentar y la longitud del trazado se validarán o te indicará las deficiencias que puede tener.

En el trazado de bandejas, hasta la versión 13 no te daba ningún resultado en función de cables que soportaba, pero la nueva versión 14 sí te indica el porcentaje de volumen ocupado.

Una herramienta interesante que tiene es el uso del Trunk.

Fig. 8 Trazado de Trunk en una bandeja

Permite simplificar el trazado de cables en una bandeja, una canal o conducto sustituyendo todos los cables que habría que trazar por una sola línea con toda la información. Visualmente sólo vería un cable, pero realmente cuenta con todos los cables que van a ir en ella.

Recordemos que hay que trazar todos los cables desde cada cuadro hasta los puntos de consumo y bajo mi punto de vista es una solución rápida y veraz que sirve para el cálculo de todos los circuitos.

En la Fig. 09 se ven los cables con el cuadro al que pertenecen y circuito que alimentan.

En este caso es un cable de 5×70 mm2 , tres cables de 5×6 mm2 , un cable de 5×10 mm2 , dos de 5×16 mm2 , uno de 5×35 mm2 y diez cables de 3×1.5 mm2 .

Si tuviera que trazar cada uno de estos cables desde el cuadro eléctrico, le tendría que dedicar un tiempo realmente grande para obtener el mismo resultado. Únicamente lo que me daría es la realización de una sección con todos los cables bien puestos, pero sería un trabajo no operativo.

Realizado el modelado de los diferentes circuitos se pueden preparar los planos con plantas, secciones, perspectivas, es decir lo normal que cualquier herramienta BIM ofrece.

3 EL IFC DEL MODELO GENERADO (para comprender lo que da)

Una vez terminado el modelo exporté a formato IFC 2X3 y a formato IFC 4, incluyendo a continuación una imagen desde un visor de IFC.

Fig. 10 IFC del modelo de instalación eléctrica generada desde DDS-CAD.

La primera diferencia que me llamó la atención es que el IFC 2×3 pesa 22 MB y el IFC 4 pesa 49 MB. Es decir, más del doble. Lo cual a simple vista indica la evolución en cantidad de información que es capaz de transmitir el IFC 4 frente al IFC 2×3

De este modelo vamos a ver la información que lleva un componente concreto. Hemos elegido una luminaria, pero podríamos haber cogido una máquina, una toma de corriente, un detector de presencia o cualquier elemento alimentado eléctricamente.

DDS-CAD incluye en el modelo los Pset propios donde aparecen datos de cálculo.

Los Pset o PropertySet son un conjunto de propiedades asignadas a cada elemento, entendiendo propiedad como la unidad de información que se define dinámicamente para una entidad en particular y la entidad es una clase de información definida en base a unos atributos y restricciones comunes definidas en la ISO 10303-11.

Fig. 11 Propertyset de DDS-CAD de un elemento del modelo

En esta imagen quiero destacar alguna de las características que van en el elemento perteneciente a los Pset que le introduce DDS-CAD.

  • System Name: C-0-2,5,17 Es un indicativo del cuadro (C-0- 2), circuito (5) y cable (17). Se corresponde con la información que aparece en las imágenes 02 y 03.
  • Dist. Board Reference: C-0-2 Referencia del cuadro eléctrico que lo alimenta.
  • Dist. Board Description: Cuadro taller F.P.B. Nombre correspondiente al cuadro eléctrico.
  • Circuit Name: 5 Número del circuito. Ver imagen 03.
  • Cable Name: 17 Número del circuito · Protective Device: F5 Protección primera. Ver Fig. 03
  • Voltage: 228 Tensión que le llega
  • Voltage loss: 1.32% Caída de tensión.
  • Cable length to board: 9.123 Longitud del cable que alimenta la luminaria desde el cuadro.

4 CONCLUSIONES EXTRAÍDAS

Hay varias.

  • Información obtenida:

Una instalación eléctrica modelada en BIM ofrece una información no comparable a la que me ofrece el CAD. La herramienta y la forma de trabajar son distintas.

La exigencia a la hora de desarrollar el trabajo también lo es.

Es como ir en coche. Puedo ir en un todoterreno o en un deportivo. Ambos me sirven para transpórtame, pero si tengo que subir por el campo una montaña no me servirá uno de ellos.

El control de la información en cada elemento es extremo. La coordinación entre el elemento, los metros de cable, el cuadro y la protección de la línea es precisa.

Es otro nivel respecto a lo que se da en CAD.

  • Tiempo empleado:

Si únicamente he de colocar los elementos consumidores y sus elementos de control sin introducir información alguna, llega a ser igual de rápido que en CAD. Si he de trazar todos los circuitos de manera que pueda utilizar el programa para calcular las líneas eléctricas y los metros de cable, el tiempo empleado es mayor, pero esta información se incorporará al modelo automáticamente.

En función de la definición que quiera dar tardaré más o menos.

Llegamos por tanto a un tema que afecta a todo lo que es BIM. Definir previamente por parte de la propiedad el alcance del modelo, ya que esto exigirá una mayor o menor concreción de la información.

Según el alcance, el número de horas será mayor y si el tiempo es mayor, el precio lógicamente también lo es.

  • Validez de la información:

Enlazo con el comienzo del artículo, pues pienso que tener información es importantísimo para quien tiene que gestionar. Puede ayudarle en la toma de decisiones, organización de compras, en la instalación propiamente dicha y por tanto dar mejor respuesta y más rápidamente a cualquier inconveniente.

Todo esto me lleva a concluir que BIM me permite ofrecerle al cliente un servicio muy superior en la instalación eléctrica al que da el CAD. Ahora debe ser él quien decida lo que necesita.