Detectando Eslabones Débiles en tu Proceso de Diseño Eléctrico: Guía Práctica

El proceso de diseño eléctrico es un proceso metódico paso a paso para resolver un problema. Los ingenieros usan este proceso todo el tiempo para desarrollo de productos. ¿Cuáles son algunos aspectos comunes de diseño eléctrico en los que enfocarse en el proceso? ¿Cuáles son las áreas que a menudo pasamos por alto porque solo sabemos que funcionará? ¿Qué es diseño eléctrico? ¿Cuál es su proceso? y ¿Qué detalles específicos perdemos durante el camino?

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¿Qué es Diseño Eléctrico?

El diseño eléctrico implica planificar, crear, probar o supervisar el desarrollo e instalación de equipos eléctricos. Muchos proyectos de diseño eléctrico comienzan desde una idea, o para la industria privada a menudo se piensa en un producto siendo modelado o desarrollado para el mercado. Los proyectos de diseño eléctrico podrían representar un nuevo producto comercializable o podrían buscar mejorar un producto o sistema existente.

El ingeniero de diseño eléctrico aún requiere comprensión completa de los fundamentos de los principios de ingeniería eléctrica. Con la disponibilidad de un sistema de base de datos, diferentes programas/módulos de tareas, varios estudios de planificación, diseño y análisis pueden llevarse a cabo.

El Proceso de Diseño Eléctrico Resumido

Un diseño eléctrico pasa por varias etapas importantes de desarrollo. Primero, el diseñador debe entender el alcance del proyecto. Luego, el diseñador define y diseña cada componente (como áreas de oficina generales, maquinaria especializada y equipos de distribución de energía) según estándares industriales reconocidos. Finalmente, estos componentes individuales se compilan para formar la presentación final del diseño.

Puntos Focales para Diseñadores Eléctricos

El proceso de diseño eléctrico es un método de múltiples pasos para resolución de problemas. Los diseñadores eléctricos a menudo necesitan enfocarse en temas que se encuentran con bastante frecuencia en su trabajo. Los diseñadores eléctricos a menudo trabajan muy de cerca con lo siguiente, que puede ser una molestia o conocimiento común para diseñadores eléctricos experimentados. Asegurarse de que estos temas estén en la mente de los diseñadores eléctricos es la parte importante:

• Regulaciones y Estándares

• Referencia Eléctrica de Componentes

• Sistema de Voltaje Usado en el Sitio

• Evitando Posibles Modos de Fallo

• Seguridad Eléctrica

Determinando Estándares Aplicables (Solo Inglés)

Después de que cada componente en el plan ha sido seleccionado, el paso es diseñar cada parte según estándares reconocidos por la industria, así como cualquier estándar adicional establecido por la jurisdicción local para ocupaciones comerciales o industriales. El estándar industrial principal es el Código Eléctrico Nacional (NEC), publicado por la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA). El NEC se revisa cada tres años y resulta en la publicación de una nueva edición. Es buena práctica asegurarse de que tu producto esté actualizado con las revisiones de la edición reciente. Aunque el código se aplica a nivel nacional, algunas jurisdicciones locales pueden tener estándares adicionales que exceden los requisitos del NEC o pueden estar usando una edición anterior del código.

Algunos proyectos también tendrán requisitos adicionales basados en sus componentes específicos, como aquellos que incluyen equipos eléctricos especializados. Un diseñador eléctrico siempre debe considerar las directrices del fabricante para equipos especializados y usar los estándares de equipos eléctricos apropiados establecidos por el fabricante para tamaños de protección contra sobrecorriente, requisitos de puesta a tierra especializados, etc. Estos requisitos especializados pueden necesitar que se observen prácticas de cableado especializadas adicionales; cuando este es el caso, estos requisitos especializados deben documentarse en el plan.

Los diseñadores también deben considerar los estándares de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA), que incluye estándares para identificación de cables de motor, marcas de terminales de transformador, dispositivos de enchufe y receptáculo, y calificaciones de amperaje. Los diseñadores también deben considerar los estándares para la Asociación de Aparatos y Servicios Eléctricos (EASA), que proporciona información actual y actualizada para motores y controles.

Para proyectos que incluyen partes nuevas o mejoradas para sistemas de distribución servidos por la utilidad local, los diseñadores eléctricos deben considerar cualquier requisito establecido por la compañía de servicios públicos. Estos métodos pueden dictar los métodos de cableado y equipos requeridos para la distribución adecuada desde la utilidad servidora al cliente. Los valores de carga calculados deben referenciar las directrices del fabricante para asegurar que los sistemas de distribución soportarán estas cargas. En todos los casos, los diseñadores no solo deben tener sólidos conocimientos eléctricos y una comprensión profunda de los cálculos eléctricos y su necesidad, sino también conciencia de la aplicación de todos los códigos y estándares relevantes utilizados dentro de la industria eléctrica.

Creando el Plan Eléctrico

Una vez que las diversas partes y estándares aplicables han sido determinados, el diseñador comienza, compilando esas partes para formar el diseño eléctrico y completar un conjunto de planos.

En el pasado estos planos tomaban la forma de planos dibujados a mano, pero hoy la mayoría de los planos se crean digitalmente usando herramientas de software de diseño asistido por computadora (CAD). Los planos digitalizados son más fáciles de revisar y transmitir que los dibujados con pluma y lápiz.

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En los planos, cada dispositivo debe referenciarse usando los símbolos eléctricos apropiados. Los símbolos eléctricos permiten el reconocimiento universal de cada parte por las muchas personas que trabajarán en el proyecto para que puedan estimar costos apropiadamente y construir el proyecto según las especificaciones.

Asegurarse de que los símbolos correctos se utilicen y escriban en el diseño final es vital. La lista de símbolos de diseño debe actualizarse con los símbolos correctos y su definición. Ocasionalmente puede surgir la necesidad de un símbolo que no ha sido desarrollado (como un dispositivo más nuevo de ahorro de energía o gestión de energía). En este caso, el diseñador puede crear un nuevo símbolo para el plan de diseño eléctrico, siempre y cuando se agregue a la lista de símbolos incluida en el plan.

Voltajes del Sistema

La comprensión de los diversos voltajes de sistema usados en sistemas eléctricos es de gran importancia en su diseño y mantenimiento. Saber cómo las cargas están conectadas entre fases y entre fase y neutro permitirá al diseñador eléctrico diseñar y especificar apropiadamente los componentes de un sistema eléctrico y permitirá al personal de mantenimiento mantener y operar estos sistemas de forma segura.

Hay muchos tipos de voltajes para suministro de energía, y saber cuál está disponible es el paso uno. El voltaje de suministro debe conocerse de la compañía de servicios públicos que lo suministra, no todos los voltajes de servicio están disponibles para cualquier carga. Por ejemplo, el servicio trifásico puede no estar disponible para edificios residenciales, se pueden especificar requisitos de carga mínima para cargas mayores, y así sucesivamente. El diseñador eléctrico es responsable de determinar los requisitos de voltaje de servicio. No asumas que sabes qué fuente de energía usarás, y diseñes un dispositivo para un tipo de fuente de energía cuando su ubicación no genere tal energía.

Planifica para Evitar Modos de Fallo

Los modos de fallo ocurren con el tiempo, y a menudo son difíciles de diseñar para evitarlos. Los componentes electrónicos tienen una amplia gama de modos de fallo. Estos pueden clasificarse de varias maneras, como por tiempo o causa. Las fallas pueden ser causadas por temperatura excesiva, corriente o voltaje excesivo, radiación ionizante, choque mecánico, impacto de estrés y muchas otras causas. Las fallas aparecen más comúnmente cerca del inicio o cerca del final del ciclo de vida del componente. Aplicaciones como sistemas aeroespaciales, sistemas de soporte vital, telecomunicaciones, señales ferroviarias y computadoras usan gran número de componentes electrónicos. El análisis de las propiedades estadísticas de fallo puede dar orientación adecuada en diseños para establecer un cierto nivel de fiabilidad. Una lista de modos de fallo se muestra a continuación:

• Fallo de Contacto

• Fallo de Placa de Circuito Impreso

• Fallo de Relé

• Fallo de Semiconductor

• Fallo de Elemento Pasivo

• Fallos MEMS

Sea cual sea el entorno en el que estará tu producto, se necesita una investigación exhaustiva para diseñar adecuadamente el producto para resistir el entorno circundante. Lo último que querrías es que olvidaste incorporar que la temperatura ambiente podría alcanzar hasta 300 Fahrenheit (exagerado) y tu electrónico fue diseñado para manejar temperatura ambiente.

Voltaje de Entrada Causó Sobrecalentamiento Masivo

Seguridad de Equipos Eléctricos

No importa todas las precauciones que la gente tome alrededor de la electricidad, solo toma ese momento cuando un simple error podría convertirse en una situación que amenace la vida. Desarrollar nuevos productos toma mucho tiempo simplemente diseñándolos a especificaciones del cliente. Pero, es una verdad inevitable que la seguridad sigue siendo el requisito número uno no anunciado del cliente. Aquellos que lo construirán, aquellos que lo manejarán, aquellos para quienes está diseñado para ser usado, y aquellos que nunca se suponía que lo tocaran.

De cualquier forma que lo mires, el riesgo de descarga eléctrica sigue presente con cada dispositivo electrónico hoy en día. Lo único que podemos hacer es tomar medidas preventivas y minimizar la posibilidad de que alguien reciba una descarga eléctrica. ¿Todos los componentes han cumplido todos los estándares y directrices? ¿Ha cumplido la directriz necesaria para la industria en la que va a ser usado? Lo último que quieres es que un nuevo monitor para bebés tenga una sección de cable expuesta. Pero, realistamente este producto por esta razón probablemente no llegaría al mercado. ¿Se han tomado todas las medidas que sientes que has hecho todo lo posible para prevenir cualquier daño o perjuicio de tu dispositivo?

La seguridad es el requisito número uno no dicho que todos los dispositivos electrónicos necesitan cumplir. Una vez que se cumple este objetivo, puedes descansar tranquilo por la noche de que tu producto no dañará a nadie.

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Repensando el Proceso de Diseño Eléctrico

No importa cuánta o poca experiencia tenga alguien como diseñador eléctrico, siempre es bueno tomar una vista de alto nivel del trabajo que se hace. Algunos de los temas discutidos aquí pueden parecer como "Sí, esto es sentido común", pero a veces es bueno recordarnos que este es el trabajo, y el proceso de diseño eléctrico puede ser un método que a menudo se descuida, o en algunos casos nunca se usa. La gente se vuelve su trabajo, y entiende todo lo que sucede a su alrededor. Muy poco cambio puede ocurrir y a menudo es agradable ver las cosas desde una perspectiva fresca. Los diseñadores eléctricos solo necesitan sentarse y recordar cómo era cuando empezaron, para evitar el gran error en el trabajo que cualquier novato en el trabajo te podría haber dicho.

¿Alguna vez tuviste un error que pensaste para ti mismo, "Aprendí esto en la escuela... Sabía esto antes de incluso empezar el trabajo"?

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