TEMA: “Cálculo de la sección transversal y calibre de los conductores eléctricos” Desarrollado por: Neheyler Rojas Ll. (Br. en Ing. Mecatrónica – UNT) Canal de Youtube: Neheyler Mechatronics Enlace: https://www.youtube.com/c/NeheylerMechatronics Trujillo – Perú 2018 INSTALACIONES ELÉCTRICAS CÁLCULO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL Y/O CALIBRE DE LOS CABLES CONDUCTORES Los conductores o cables eléctricos en las instalaciones deben de cumplir ciertas reglas o condiciones que serán las que determinarán su sección y calibre, estas son: ✓ Capacidad de conducción de corriente ✓ Caída de voltaje permitido ✓ Capacidad de soportar la corriente de cortocircuito ✓ Calibre mínimo permitido para aplicaciones específicas ✓ Perdidas por electo Joule Para este caso en particular, solo se va a explicar cómo determinar la sección y el calibre de los cables conductores para “baja tensión”, es decir, para las conexiones monofásicas que se realizan en casas, departamentos, oficinas, etc. Cabe aclarar que para conexiones trifásicas se consideran más criterios (ese tema se verá en otro capítulo). CALIBRE DE LOS CONDUCTORES Los calibres de conductores dan una idea de la sección o diámetro de los mismos y se designan usando el sistema norteamericano de calibres (AWG) por medio de un número al cual se hace referencia, sus otras características como son diámetro área, resistencia, etc. Calibrador o galga para conductores eléctricos. Mientras mayor es el número, menor es el diámetro del conductor eléctrico. 1 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Las fórmulas a usar son las siguientes: 𝑺= 𝝆. 𝟐. 𝑳 𝑰. 𝒄𝒐𝒔𝝋 𝒖 𝑺= Con la corriente (Amperaje) 𝝆. 𝟐. 𝑳 𝑷 𝒖. 𝑽 Con la Potencia Donde: S: Sección transversal del conductor (𝑚𝑚2 ) Ω.𝑚𝑚2 𝝆: Resistividad del conductor o cable ( 𝑚 ) L: Longitud del conductor o cable (𝑚) 𝒖: Caída de tensión máxima admisible en el conductor (v) V: Tensión o voltaje de suministro (v) 𝑰: Intensidad de corriente que pasará por el conductor (A) P: Potencia de la carga o receptor eléctrico (W) ¡¡Consideraciones …!! Normalmente el conductor o cable es de cobre por lo que la resistividad 𝝆 será conocida. La caída de tensión se saca con respecto de la tensión o voltaje de suministro. Para la Resistividad del conductor Ω. 𝑚𝑚2 𝜌𝐶𝑢 : 0.0172 𝑚 Para la caída de tensión 3%: Para alumbrado 3%: Para viviendas 5%: Para circuitos de Fuerza 2 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Ejemplo 1: Se desea calcular la sección transversal de un conductor eléctrico que alimenta a una carga de 3000 W ubicada a una distancia de 40 m del suministro de energía (220V). Considerar: 𝜌𝐶𝑢 = 0.0172 Ω𝑚𝑚2 /𝑚 y 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.65 Solución: Paso 1: Reconocer todos los datos que nos proporciona el problema. Se tiene los siguientes datos: 𝑃 = 3000 𝑊 𝐿 = 40 𝑚 𝑉 = 220 𝑉 𝜌𝐶𝑢 = 0.0172 Ω𝑚𝑚2 /𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.65 Paso 2: Hallar la caída de tensión: Para este caso se considera una caída de tensión del 5%, entonces: 𝑢 = 5%(220) = 5 ∗ 220 = 11 100 Nota: Ya no considero las unidades (por ejemplo, la unidad del voltaje es V) para no generar confusión, ya se explicó anteriormente que unidades deben tener. 3 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Paso 3: Emplear la fórmula adecuada para hallar la sección del conductor. Para este caso tenemos la potencia por lo que se empleara la siguiente formula: 𝑺= 𝝆. 𝟐. 𝑳 𝑷 𝒖. 𝑽 Reemplazando datos se tiene: 𝑆= 0.0172 ∗ 𝟐 ∗ 40 (3000) 11 ∗ 220 𝑆 = 1.706 𝑚𝑚2 Como se puede apreciar, la sección del conductor obtenida usando la caída de tensión es de 1.706 𝑚𝑚2, en el siguiente paso vamos encontrar la corriente para hallar la sección por medio de tablas. Paso 4: Usar las dos fórmulas mostradas anteriormente para obtener una ecuación que relacione a la corriente, potencia y tensión de suministro. La forma obtenida es: 𝐼= 𝑃 𝑉 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑 Remplazando datos: 𝐼= 3000 220 ∗ 0.65 𝐼 = 20.98 𝐴 ≈ 21 𝐴 Paso 5: Hallar la sección del conductor usando las siguientes tablas El tipo de instalación a usar va a ser A (conductores aislados en tubos empotrados en pared aislante) y el aislante será 2 x XLPE o EPR. 4 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Se puede observar que la sección debe de ser de 2.5 𝑚𝑚2 Paso 6: elegir la mayor sección obtenida: La mayor sección obtenida es usando la corriente, que es 2.5 𝑚𝑚2 5 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS ¿Como usar la tabla? Primeramente, se debe tener en cuenta que tipo de instalación se va a realizar y posteriormente el aislante que recubrirá al conductor, la intensidad de corriente se obtiene de los cálculos anteriores, y finalmente se deduce la sección del cable. 6 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Para saber el calibre del cable, se debe tener en cuenta la sección transversal obtenida para el conductor y la intensidad de corriente que circulara por ellos, en la siguiente tabla se muestra los diferentes calibres comerciales, el diámetro, y la cantidad de corriente que puede conducir. Por lo que, el calibre (número) de cable o conductor ideal para el ejemplo anterior será de 12, que soporta una corriente máxima de 25 Amperios. Nota: consultar el reglamento y normas de instalaciones eléctricas de su país ya que puede variar un poco, para este caso la tabla anterior corresponde al reglamento de instalaciones eléctricas de baja tensión para Perú. 7 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Ejemplo 2: Se desea calcular la sección de los cables para un tablero eléctrico domiciliario y calibre del mismo. Tiene dos llaves, una es para alumbrado que distribuirá energía eléctrica a 5 focos de 50 W cada uno (la distancia más alejada del tablero es de 20 m) y la otra es para tomacorrientes, en la vivienda se cuenta con diferentes electrodomésticos (refrigeradora, microondas, lavadora, plancha, ventilador, etc), la distancia hasta el último tomacorriente es de 40 m. asumir que se desea que el conductor sea de cobre. Solución: La llave que distribuirá energía a través de los tomacorrientes tiene que ser capas de soportar toda la carga que se coloque. Primeramente, vamos a evaluar cuanto de potencia (carga) como máximo se puede colocar en los tomacorrientes, para ello se muestra una tabla con la potencia promedio de algunos electrodomésticos (se sugiere ver la hoja de datos o la etiqueta de cada electrodoméstico que se tiene en casa para ver cuánto de potencia consume). 8 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Haciendo una suma de potencias de todos los electrodomésticos que se tiene según el ejemplo 2, se tiene una potencia aproximada de 3000 W. Entonces la sección transversal y el calibre ya fue evaluada en el ejemplo 1 y nos salió que para una potencia de 3000W, un voltaje o tensión de suministro de 220 V y una longitud de 40 m; la sección es de 𝟐. 𝟓 𝒎𝒎𝟐 y el calibre es de 12 Ahora se va a evaluar la sección y el calibre para el alumbrado: Se tiene 5 focos de 50 W c/u por lo que la potencia total será de 𝑃 = 5 ∗ 50𝑊 = 250𝑊 Procedemos hallar la corriente que circulará por los cables: La formula 𝐼= 𝑃 𝑉 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑 Nos permite hallar dicha corriente: 9 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Asumir que el Factor de Potencia 𝐹𝑃 = 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.65 𝐼= 250𝑊 = 1.75 𝐴 220 ∗ 0.65 10 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Haciendo uso de la tabla, con un tipo de instalación A2 se tiene la corriente más próxima de 11.5 A y una sección transversal de 𝟏. 𝟓 𝒎𝒎𝟐 . Para hallar el calibre vamos a usar la siguiente tabla: Para una sección de 𝟏. 𝟓 𝒎𝒎𝟐 le corresponde un calibre de 16, el cual soporta una corriente de 10 A. Las especificaciones para los cables quedan de la siguiente manera Ahora toca determinar el amperaje de cada llave: Amperaje para la llave PIA del alumbrado: se debe tomar el más próximo o igual, para este caso debe ser una llave de 10 A 11 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Amperaje para la llave PIA de los tomacorrientes: en el cálculo nos salió 21 A, pero la sección del cable corresponde a un amperaje de 25 A por lo que la llave debe de ser de ese mismo amperaje. Quedando de la siguiente manera: Ahora pasamos a evaluar el calibre del cable conductor y el amperaje de la llave general IGA. Primero hallamos la intensidad de corriente que va a circular por el conductor 𝐼 = (10𝐴 + 25𝐴) ∗ 𝟎. 𝟔𝟗 = 24.15 𝐴 Donde 0.69 indican a los factores de simultaneidad (𝐾𝑠 𝑥𝐾𝑢 = 0.69). Entonces el cable debe soportar 24. 15 amperios como mínimo, por lo que el cable conductor más comercial es de 25 A y tiene un calibre de 12. Nota: Para este caso el calibre del cable nos salió igual al de los tomacorrientes, pero no siempre es el caso ya que a veces se coloca más llaves PIAs y esto aumenta la intensidad de corriente y por ende la sección del cable debe ser mayor (a mayor sección, menor el número de calibre). Finalmente, el circuito y las especificaciones para los cables y llaves queda de la siguiente manera: 12 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS TENER EN CUENTA: Cada País tiene su propio Reglamento de Baja Tensión, En España es el REBT, en Argentina sería el Reglamento Para la Ejecución de instalaciones eléctricas en Inmuebles, en Chile la Nch 4 "Instalaciones de consumo en Baja Tensión", en Perú el "Código Nacional de Electricidad", en Venezuela el "Código Eléctrico Nacional", en México la Norma Oficial Mexicana NOM "Instalaciones Eléctricas", en EEUU el NEC (national electric code), etc. Se recomienda revisar las normas y reglamento de su país, los cálculos realizados en este capítulo son los mismos que se suelen realizar en todos los países, lo único que cambia es el reglamento y normas que tienen, por ejemplo, en las tablas anteriores que se mostraron hay diferencias en cuanto al amperaje que soporta cada calibre, esto depende del reglamento de cada país y además del fabricante de cada conductor. 13 : Neheyler Mechatronics INSTALACIONES ELÉCTRICAS Referencias Bibliográficas: ➢ Bratu, N. Instalaciones eléctricas. Conceptos básicos y diseño. México D.F.: Alfaomega, 1990. ➢ Enríquez, Gilberto. El ABC de las instalaciones eléctricas residenciales. México D.F.: Limusa, 2005. ➢ Ramírez, J. Nuevos esquemas de instalaciones de viviendas. Barcelona: CEAC, 1989. ➢ Schneider Electric. Guía de diseño de instalaciones eléctricas. Barcelona, España, 2008 14 : Neheyler Mechatronics
