Cálculo de sección de cable ¿Cómo hacerlo?

Antes de realizar un proyecto de ampliación de cualquier espacio en tu hogar, es importante que conozcas cuál es el cable que más se adapta a esas necesidades.  ¿Quieres saber cómo calcular la sección de un cable? En este post te enseñamos paso a paso el cálculo de la sección de cable eléctrico.

El cálculo de la sección del cable, consiste en medir el diámetro interno del conductor, solo se toma en cuenta el grosor del material de cobre, sin considerar la sección aislante del mismo.

El cálculo de la sección de cable, es la parte más importante, porque con ella se puede estimar la longitud a la que se puede llevar una conexión. Esto se puede obtener, a través, del calibre del conductor.

Cuando se necesita hacer una modificación de un tablero de distribución eléctrica en una vivienda, local comercial o empresa, bien sea porque se agregarán electrodomésticos o equipos. Es importante que se considere el grosor o sección del cable.

La importancia de  considerar este aspecto, radica en que, cuando se selecciona un calibre de cable por debajo de la demanda necesaria de los equipos, existe la posibilidad de que se produzcan Riesgos Eléctricos y estos trabajen de manera defectuosa.

También pueden originarse cortocircuitos e incendios, por no tomar en cuenta las especificaciones de los conductores y la tolerancia que tiene cada uno de ellos, en cuanto capacidad de conducción de la carga eléctrica.

Requisitos del conductor de baja tensión

En cada uno de los países existen normas generales, que rigen el uso y aprobación en el diseño y construcción de interconexiones de componentes eléctricos. Pero toda esa normativa particular de cada país, se desprende del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión o REBT.

En dicho reglamento se establece que antes de seleccionar entre los Tipos de cables, para colocar en una instalación eléctrica, es necesario que se verifique previamente dos cosas:

• Corroborar la potencia que admite el conductor,es decir, la capacidad que tiene el cable de resistir el calor.
• Por otro lado,  se hace necesario que se inspeccione, la longitud del tendido eléctrico permitido, de acuerdo a la sección de ese cable en particular, para prevenir inconvenientes con la caída de tensión.

De estos dos aspectos antes mencionados, serán mencionados a continuación.

Principio de tolerancia al calentamiento

El calor que pueden soportar los hilos de un cable conductor, cuando son expuestos a trabajo máximo, no puede ser superior a la temperatura que recomiendan sus fabricantes, de acuerdo a los materiales que se utilizan como aislante del mismo.

Generalmente las temperaturas a las que pueden estar expuestos los conductores, sin que se vea comprometida su integridad y poner en riesgo las conexiones eléctricas son de:

• Conductores con recubrimiento de termoplástico, pueden resistir brindando las mejores prestaciones, hasta un máximo de 70ºC. De este tipo de aislamientos, los que frecuentemente se emplean, son los de PVC o Policloruro de vinilo; el PE o Polietileno lineal; de Poliuretano o PU y  los de Teflón o Fluorados.

• Conductores cuyo aislamiento, están elaborados con materiales termoestables, tienen la capacidad de soportar temperaturas de hasta 90ºC, sin verse comprometidos en su rendimiento y seguridad. Los recubrimientos termoestables, más comunes son: el EPR o Etileno Propileno, XLPE o Polietileno Reticulado, SI o Silicona, SBR o caucho natural y PCP o Neopreno.

Principio de caída de tensión

La circulación de la corriente eléctrica que se puede transportar por un cable conductor, sufre una disminución en su potencia o lo que es igual a una caída en las tensiones, tanto de origen, como de llegada.

La pérdida que se genera en la tensión, tiene que ser igual o menor a lo que se establece en las regulaciones eléctricas para cada instalación, a fin de que los dispositivos que fueron interconectados, tengan un rendimiento óptimo.

Es sumamente importante que consideren este parámetro, cuando las instalaciones que se vayan a ejecutar, sean de longitudes muy largas, bien sea de manera horizontal o vertical.

Si siguen las recomendaciones que están establecidas en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, para el diseño y lectura del plano eléctrico, es necesario que puedan considerar las distintas secciones de cables, de acuerdo con la utilidad que le darán al mismo.

Entre los conductores que recomiendan las normas de diseño y construcción de circuitos eléctricos están los siguientes:

• Para luminarias: cables de 10A y 1,5 mm².
• Los tomacorrientes para conectar neveras, congeladores y dispensadores de agua, deben utilizar conductores de 16/20A o 2,5 mm².
• Las líneas de tomas para lavadoras, secadoras y calentadores, es la norma que emplee cables de 4 mm² y 20/25A.
• El horno doble, topes de cocina hasta 30 pulgadas y 220V, se conectan a una línea de suministro eléctrico de 6 mm² y 25/32A.

Calculando la sección de cable

Cómo ya conocen la normativa que deben poseer todos los cables conductores para poder ser utilizados en una instalación eléctrica, ahora corresponde calcular la sección de cable de acuerdo a la REBT.

Pero como es un tema que requiere que estén atentos, mencionaremos que las condiciones que debe tener todo buen conductor eléctrico, es la resistencia térmica y condición de caída máxima de la tensión.

Pues bien, es hora de que continúes con la lectura, pero recuerda que la REBT tiene sus variaciones en cada país por eso, fueron creados organismos que se encargan de velar por el fiel cumplimiento de las normativas, para el diseño y construcción de instalaciones eléctricas.

Esas instalaciones eléctricas, pueden estar dirigidas para complejos residenciales, edificios, industrias y las viviendas unifamiliares. Lo más relevante, es que, tanto diseñadores y constructores del proyecto, lo ejecuten teniendo en consideración el cumplimiento de lo que está estipulado en el código REBT.

Este es un tema bastante práctico, pero traten de ir paso a paso para que comprendan cómo es que se calcula el cable conductor ideal para que cumpla con el propósito del proyecto.

Cálculo de sección de cable, considerando la tolerancia al calentamiento

Antes de entrar en el contenido, es importante que conozcan algunos detalles, que deben tener en cuenta, al momento de hacer los cálculos.

Si se encuentran con un diseño de circuito eléctrico, el cual tiene una protección de un interruptor automático, o algún otro dispositivo de protección. Deben considerar, las secciones para la potencia de interrupción del dispositivo de seguridad y no para el voltaje necesario para el circuito.

Otro punto importante es que como resultado de la corriente eléctrica que es transportada por el conductor, parte de esa energía se convierte en calor y a este fenómeno se le conoce como efecto Joule.

Debido a este fenómeno, se produce un sobrecalentamiento de los hilos conductores, que es transferido a la cubierta protectora y como lo que se quiere es distribuir correctamente la potencia en todo el circuito eléctrico, es conveniente que calculen correctamente la sección de cable, para que no se dañe.

El sobrecalentamiento de los cables eléctricos, se genera cuando los electrones que se encuentran circulando en el flujo eléctrico, encuentran una oposición a su libre tránsito. Esta condición, se transforma en un aumento en la temperatura y por consiguiente en una pérdida de energía, que se ve reflejada en la cubierta protectora del cable.

Ahora bien, es tiempo que desempolven las calculadoras, tomen lápiz y papel para que hagan sus cálculos de sección de cable.

Cómo recordaran, por el uso de los cables, cuando hacen pasar la corriente eléctrica, se produce una pérdida de potencia que es transferida en forma de calor.

A esta disminución de la potencia se le conoce como Potencia perdida en la línea, que incrementa su valor, de acuerdo a la resistencia que opone el cable. Esta se expresa de la siguiente manera:

• Potencia perdida en línea: PpL

Para que se comprenda mejor, vean el siguiente ejemplo:

La Potencia es igual al Voltaje, multiplicado por la Intensidad:

• P = V x I

Por lo general, si quieren realizar este tipo de cálculos, deben tomar en cuenta la Ley de Ohm, en la se establece la relación que existe entre una corriente eléctrica, el voltaje y el valor de la resistencia o resistor.

Entonces, la forma más idónea en que puedan expresar la fórmula para hallar la Potencia, sería considerando lo siguiente:

Siendo la Potencia igual al Voltaje, multiplicado por la Intensidad y considerando lo que expresa la Ley de Ohm, en que el Voltaje es igual a la Intensidad multiplicada por la Resistencia les queda:

• P = V x I
• V = I x R (Ley de Ohm)

Simplificando datos, resulta:

• P = R x I²

De lo que se desprende:

• PpL = RL x I²

¿Hasta este momento han entendiendo todo?, pues bien continuemos.

De la fórmula de potencia perdida en la línea PpL, pueden observar que:

• PpL = RL x I²
• .

Cómo ya saben PpL es la potencia perdida en la línea, RL es la resistencia que se produce en la línea del conductor y la I es la intensidad de esa corriente.

Esa intensidad que se mueve por el conductor o cable, no la pueden modificar, en consecuencia, es utilizada por los equipos instalados en el circuito.

Cómo se trata de encontrar un equilibrio, entre las pérdidas de energía y el deterioro de los conductores por efecto del calor, es importante que se minimice la resistencia de la porción de cable. Esto lo logran al hacer un cálculo de sección de cable, para que se emplee el conductor más apropiado para la tarea.

Ejemplo cálculo de sección para tolerancia de calor

Si bien es cierto que en los conductores se cumple la máxima, de que, a mayor sección se disminuye la resistencia. Conviene que revisen muy bien, ya que esta condición del cable, también implica un gasto mayor para su instalación. Por eso recomiendan hacer el cálculo de sección de cable, previo a la compra de los materiales.

A continuación se les propone el siguiente ejemplo para su desarrollo.

Hallen la potencia que es desperdiciada en un cable conductor, cuyos filamentos son de cobre y su longitud es de 100 m. Teniendo una sección de 1,5 mm² de sección, que tienen que alimentar a un motor eléctrico de 3 Kw de potencia a 230V.

¡Manos a la obra!

Lo primero que deberán hacer es calcular la intensidad de la corriente que fluye por el cable. Para eso  recuerden la fórmula que ya se desarrolló, para el cálculo de Potencia.

• P = V x I

Ahora empiezan a sustituir los valores en su fórmula, quedando de la siguiente manera:

Cómo no se conoce la Intensidad, se despeja la fórmula y les queda:

I = P/V → I =  3000/230 = 13

Entonces la Intensidad será de 13A (amperios). Una vez que conocen la Intensidad, ya pueden calcular la resistencia del cable, utilizando la siguiente fórmula:

• R = ρ x L/S

El término ρ (ro o rho), es la resistividad o resistencia proporcional del material conductor del cable, que generalmente son de cobre o aluminio.

Para calcular la resistividad de filamentos de cobre, expuestos a 20ºC, es necesario que empleen la siguiente fórmula:

• ρCu = 0,017 Ω x mm²/m

Aunque en la práctica el valor de la resistividad, es de muy poca utilidad, es conveniente conocerlo como tema de cultura general.

Entonces se tiene que al sustituir los datos, queda:

R = 0,017 x [100/1,5] = 1,19 Ω (ohmios). Pueden inferir que la resistencia de la línea de ese material conductor, cuando se expone a una temperatura de 20°C, es de:

• 1, 19 Ω

Sigamos, ahora corresponde halla la potencia que se pierde, entonces se sustituyen los datos en la fórmula. Quedando de la siguiente manera:

• PpL = RL x I²

Sustituyen los valores que ya tienen en la fórmula dada y les queda:

• PpL = 1,19 x 169 = 201w

De acuerdo a este resultado, pueden notar que la pérdida de potencia que hay en un conductor eléctrico, cuya longitud es de 100 metros y su sección de cables es de 1,5 mm², es de 201 Watts.

¿Lo ven con más claridad?, por supuesto que sí, es muy fácil. Para que fijen mejor lo aprendido hasta ahora, realicen el siguiente ejercicio:

Si se tiene igual longitud del conductor, pero se duplica la sección del cable anterior a 4 mm².  Encuentren ¿cuál es la pérdida de potencia resultante?

Los datos de la intensidad permanecen iguales al ejemplo anterior, tendrán que cambiar la resistencia del cable, sabiendo que como los hilos son de cobre, su nivel de resistencia es igual.

Se les sugiere que sustituyan los datos en la fórmula que ya conocen.

Primero la Resistencia

• ρCu = 0,017 Ω x mm²/m → 0,017 x [100/4] = 0,425 Ω

R = 0,425 Ω

Luego sustituyan en la fórmula de potencia

• PpL = RL x I² → 0,425 x 169 = 71,82 Watts

PpL = 71,82 Watts

Se dieron cuenta, que cuando incrementan la sección de su conductor, se disminuye significativamente, la pérdida de potencia en la línea y por ende las altas temperaturas del cable. Esa es la importancia del cálculo de sección de cable.

Normas REBT para calcular la intensidad de la sección de cable

Cómo ya saben el Reglamento electrotécnico para baja tensión, se encarga de publicar unas tablas donde se especifican de manera sencilla, las intensidades que pueden tolerar los cables conductores de electricidad.

En un apartado de la REBT, pueden encontrar las recomendaciones generales para las instalaciones eléctricas en interiores y los receptores o ITC-BT-019. Aquí, encuentran  las recomendaciones para diseñar los circuitos, empleando los conductores adecuados, para cada proyecto.

¿Cuál es la importancia?, conocer las normas y las distintas formas de instalación le permitirán hacer un mejor cálculo de sección de cable, haciendo un uso más eficiente de los recursos.

Pues bien, teniendo presente estos datos, tengan en cuenta que no es recomendable que sobrepasen las temperaturas óptimas del conductor,para prevenir riesgos eléctricos.

El calor en los conductores siempre va a estar presente, sean cuidadosos en la forma que distribuyen los cables, la tubería y los componentes del circuito. Es decir, consideren si la tubería será aérea o subterránea; el número de conductores que irán dentro de ella; la distancia del tendido, entre otras.

¿Cómo utilizar la tabla de intensidad?

Una vez que se conoce la intensidad del circuito, debes buscar el valor de la intensidad que se encuentra en la fila  superior de la tabla, esta la puedes encontrar en las normas que aparecen en la REBT. Ubicando la sección del conductor, que está asociada a esa intensidad.

Cómo cuando se practica es que se fija mejor el conocimiento, conviene que hagan un ejercicio:

Se les presenta la oportunidad de diseñar una instalación eléctrica, utilizando dos conductores que irán dentro de tuberías superficiales. Se les indica que tiene una fase activa, más el neutro, el aislante tiene un revestimiento de PVC y cuya circulación es de 45A. ¿Hallen la intensidad máxima tolerable?

Si se ubican frente a la tabla, pueden observar que en la columna n° 5, se muestran datos de una instalación de una fase, que cuenta con dos conductores eléctricos con carga, se puede apreciar en:

• 2x = fase + neutro

Que tiene efectivamente un aislante de PVC y se encuentran embutidos en tubería superficial.

El ejercicio planteado, refiere que la intensidad circulante es de 45A. Entonces, observen la tabla y notaran que la sección de cable más cercana al dato aportado es la de 10 mm², cuya intensidad es de 50A.

Instalar una sección, que esté por encima de estos valores, provocaría un sobrecalentamiento del conductor y no se cumpliría la condición de máxima tolerancia.

Cálculo de sección de cable, de acuerdo a la caída de tensión

Cómo ya saben, todas las líneas de electricidad o los conductores, oponen una resistencia. Dicha resistencia, origina una caída en la tensión desde el principio hasta el final del tendido eléctrico.

Este fenómeno lo pueden apreciar en la siguiente fórmula:

• ΔV = R x I

Siendo ΔV la que expresa la caída en la tensión, R la resistencia del cable de línea e I la intensidad de la misma. Cuando se produce un bajón en la tensión de los cables, propicia que la tensión que reciben los receptores disminuya en relación a la intensidad del inicio del cable.

Cuando existe baja tensión en la parte final de la línea, acarrea el inconveniente de que por ejemplo, un motor no arranque, se dificulte el encendido de bombillo fluorescente, entre otras. De allí la importancia de respetar los límites en las caídas.

Ahora se le plantea el siguiente ejercicio:

Se propone diseñar un galpón industrial, que será alimentado en alta tensión, directamente con un Transformador Trifásico de distribución interno. Del mismo, 4,5% será utilizado para las luminarias y el 6,5% para el resto de las necesidades.

Cómo quieren que los conductores respeten estas condiciones, tendrán que hallar en primer lugar el dato de los voltios que están permitidos para la caída de tensión.

Si tienen una línea eléctrica de 230V, en un circuito de alumbrado dentro de una vivienda, si revisan la tabla el porcentaje máximo en la caída de tensión es de 3%.

Sustituyen los datos que ya tienen, en la fórmula dada y les queda:

• ΔV = R x I
• ΔV = [230 x 3] / 100 = 6,9V

Una vez que conozcan este dato, tienen que hacer el cálculo de sección de cable, bien sea para circuitos monofásicos o trifásicos, para que no exceda el valor de la caída de tensión.

Caída de tensión en acometidas, ramales y alimentadores

Cómo ya ustedes saben, el voltaje o la tensión eléctrica que llega a los dispositivos receptores, es muy inferior al voltaje de alimentación. Esta diferencia en el valor de los voltios,  se origina entre estos dos puntos equidistantes y es lo que se conoce como caída de voltaje o tensión.

La norma técnica indica que para los diseños de instalaciones eléctricas, la caída máxima de tensión permitida no debe sobrepasar el 3%. Desde el punto de alimentación hasta los dispositivos receptores.

De darse una caída de tensión superior a esta recomendación, la prestación de funcionamiento de los receptores no será el adecuado.

¿Cómo afecta la caída?

Por ejemplo, en las luminarias fluorescentes, se ve afectado su correcto desempeño, produciendo dificultades para encender, parpadeo, sobrecalentamiento del balastro y deterioro de los mismos.

En los diferentes Tipos de Motores Eléctricos, la disminución en el voltaje, trae como consecuencia problemas de arranque, sobrecalentamiento y bajo factor de potencia.

Es por estas razones, que no es suficiente que calculen la sección de cable correcta. También, es importante que consideren que la caída de tensión en los conductores no sobrepase lo establecido para las instalaciones eléctricas en residencias del 2% y  un máximo permitido del 3% para las instalaciones eléctricas industriales, desde el punto de alimentación o fuente, hasta la carga final.

En todo circuito eléctrico, cuando se diseña para que alimente a un determinado equipo, adicional al cálculo que se haga de la caída de voltaje, es necesario que consideren el factor de agrupamiento.

El factor de agrupamiento, perjudica a los conductores ya que, por efecto del calentamiento que se genera debido al flujo de los amperios necesarios por la carga. Se produce un intercambio de calor entre los conductores del circuito, dentro de una misma tubería o de las tuberías en paralelos.

Propósito de las norma

El objetivo que buscan las autoridades para estandarizar las prácticas y desarrollos eléctricos, es el de salvaguardar la integridad física de las personas y sus bienes, contra los peligros a consecuencias de malas prácticas.

En esencia, la caída de tensión no está considerada como un problema que atente contra la seguridad de las personas. Sin embargo, se hacen las respectivas recomendaciones para que los conductores que se empleen en un circuito eléctrico, tengan el calibre adecuado para proporcionar un flujo adecuado de corriente.

Las normativas de cada país exigen el empleo de conductores eléctricos que estén acordes a las especificaciones que hacen los fabricantes, para sus distintos equipos. Esto cuando se trate de diseños de circuitos eléctricos, para el desarrollo de industrias y locales comerciales.

Otro de los aspectos que tienen que cubrir cuando desarrollen proyectos eléctricos, es que deben considerar que producto de esa caída de tensión, la operatividad de los equipos eléctricos será menor, en la medida que disminuye la tensión en la fuente de suministro.

Los motores, equipos electrónicos, balastos, entre otros cuando trabajan con un voltaje por debajo de sus especificaciones, tienden a subir la temperatura de sus componentes internos, generando que se reduzca la vida útil del aparato y aumentando los costos del usuario.

Una baja en la tensión de alimentación, produce que equipos como: ordenadores, impresoras y fotocopiadoras, solo por nombrar algunos, se queden en modo de espera (Standby), con la consecuencia de pérdidas de datos, gastos por mantenimiento de equipos y lo tedioso que se convierten las tareas del trabajo.

Las recomendaciones para minimizar la caída de tensión

Las recomendaciones básicas para los diseñadores, contratistas y usuarios en general, son importantes que las cumplan. De ello depende la vida útil de los receptores y el cumplimiento de lo estipulado en el reglamento.

Entre las recomendaciones que se hacen, resaltan las siguientes:

Circuitos de derivación

Los cables eléctricos que se empleen para hacer derivaciones en el circuito, deben de tener un cálculo de sección de cable que evite una caída de la tensión superior al 3%, no puede ser superior al 5% para los conductores que utilicen al combinarlos como derivaciones.

Circuitos de alimentación

Los conductores que utilicen para empotrar en las tuberías de alimentación, deben de calcularse para que no permitan una caída de tensión superior al 3% y cuando de este circuito vayan a realizar derivaciones, no podrá exceder el 5%.

El voltaje mínimo que debe llegar a los equipos receptores, no puede ser inferior a 114 voltios, cuando sean circuitos conectados a una carga de 120/240 voltios.

Conductores de puesta a tierra

Cómo regla general, cuando el calibre de los conductores es aumentado para que se pueda emparejar  la pérdida de tensión a su vez se recomienda que la conexión a tierra sea aumentada para dar mayor protección.

Circuitos para dispositivos de seguridad

Los sistemas contra incendio, están provistos de bombas que transportan el agua para el combate de eventos de incendios en los centros comerciales, edificios y otros.

Para que estas bombas funcionen correctamente al momento de demandar su servicio, tienen que garantizar que la tensión de operatividad en sus conexiones no esté por debajo de un tercio (1/3) de la capacidad del controlador.

Mientras que la tensión de operatividad de las conexiones del motor, no debe estar por debajo del 5% del voltaje requerido por dicho receptor de carga estando en funcionamiento.

Cálculo de sección de cable, para instalaciones residenciales

Existen muchas variantes para el uso de los conductores eléctricos. Pueden utilizarse en el diseño y construcción de circuitos industriales, residenciales, para motores y oficinas.

En fin son muchas las prestaciones en los que se pueden encontrar los cables eléctricos. Pero, interesa que conozcan cómo deben calcular la sección de cable para uso residencial.

¿Cómo hacer?

En este caso, lo primero que deben hacer es hallar la potencia prevista o nominal, para cada uno de los circuitos de la casa que están diseñando. Una vez que obtenga la potencia requerida calculen la intensidad.

Al haber calculado la intensidad, se les recomienda hacer el cálculo de sección de cable, para que cumpla con su cometido.

Para que puedan hacer el cálculo de la potencia para cada circuito  que irán al interior de la casa, pueden guiarse con las indicaciones que aparecen en la REBT, donde lo encontraran las tablas de consulta.

Ahora bien, si hacen la sumatoria de las potencias de todos los equipos, que aparecen reflejadas en la tabla, por supuesto que la potencia real y necesaria del circuito estaría sobrevalorada.

Entonces, es necesario que empiecen a hacerse una serie de cuestionamientos o interrogantes, para que determinen con sinceridad cual es la potencia real necesaria.

En primer lugar, surge esta interrogante, en relación a los aparatos y equipos conectados ¿todos se encuentran en conexión, al mismo tiempo? Por supuesto que sus respuestas serán negativas.

Hagan este ejercicio: vayan a su cocina y observen si el microondas, la cafetera y la tostadora, están funcionado al mismo tiempo. Y por supuesto que no será así.

Tampoco todos los bombillos de sus casas estarán encendidos al mismo tiempo y mucho de los tomacorrientes no tienen un electrodoméstico enchufado.

• De la condición descrita anteriormente, se desprende el Factor de Simultaneidad o Fs. Que no es otra cosa, que la condición de operatividad de todos los receptores a un mismo tiempo.

Sus electrodomésticos ¿trabajan a su máxima potencia en este momento? Y rara vez todas las hornillas eléctricas de sus cocinas trabajan al máximo, igual pasa con el horno eléctrico, sus microondas.

En condiciones de frío la calefacción de ser eléctrica, estará al tope. Y si están en climas de extremo calor, los aires acondicionados estarán al máximo de su temperatura.

• Cómo notaran es muy poco probable, que los receptores de potencia operen al máximo y se genera entonces el Factor de Utilización o Fu. Que establece que en un mismo circuito, los receptores no están en funcionamiento al mismo tiempo.

Potencia prevista

La potencia prevista, es aquella que se espera tener en un circuito eléctrico, haciendo las estimaciones de la cantidad de receptores de potencia y la operatividad de los mismos durante un periodo determinado de tiempo.

La misma pueden calcularla, empleando la siguiente fórmula:

• Potencia Prevista = Potencia Instalada x Factor de simultaneidad x Factor de utilización
• Pp = Pi x Fs x Fu

Cómo pueden observar, la potencia instalada, nos es más que la sumatoria de las potencias nominales o previstas de cada uno de los equipos que estarán conectados al circuito.

Si desconocen este valor, pues simplemente ubiquen en la tabla de características eléctricas de los circuitos, que vieron anteriormente y lo multiplican por el número de receptores, que incluirán dentro del circuito.

Ahora tienen que estimar la potencia prevista, de cada uno de los circuitos. Entonces solo sumen las potencias nominales de todos los equipos de cada circuito y multiplicar por los factores de  simultaneidad y de utilización.

El resultado de la operación anterior, es el valor de la intensidad. ¿Ya están más familiarizados con los términos? ¡Excelente!

Cómo ya conocen la intensidad, ese resultado también será importante para que hagan el cálculo de la intensidad de los Interruptores de Control de Potencia o ICP, además de la que será transportada a través del circuito, con la que se sabrá la sección de los cables.

Al hacer los cálculos del Pequeño Interruptor Automático o PIA de cada circuito, el resultado de intensidad lo utilizarán para el calculo de sección de cable necesarios.

Ejercicio para cálculo de intensidad

A continuación encontraran un problema, en el cual tienen que resolver:

• La intensidad tiene que ser menor, de la máxima que es admisible para la sección de los conductores empleados.
• La caída de tensión tiene que considerar el 3% y 5% que estipula la norma.

¡Manos a la obra! Pueden hacer sus cálculos tomando en cuenta la potencia que generalmente es suministrada a las viviendas:

• 750w – 25A
• 360w – 32A

Ubíquense en la tabla de las características eléctricas de los circuitos,  para el circuito de una vivienda.

Se tienen ya las condiciones de todo lo necesario. Entonces deben calcular de acuerdo a los datos que aparecen en la fila C2 de la tabla. Para los puntos de tomas de uso general, para una vivienda.

Consideren los siguientes datos:

• Cantidad de tomacorrientes agregados en el circuito eléctrico C2: 18
• Distancia entre el origen del circuito hasta el punto más remoto: 15 metros. Es necesario que tengan presente este valor, ya que servirá para hacer el trazado.

Haz uso de la tabla de las características eléctricas de los circuitos. Para consultar datos adicionales.

Resolución del problema:

Para calcular la intensidad total del circuito, utilicen la siguiente fórmula:

Intensidad de un circuito interior de vivienda:

• I = N x Ia x Fs x Fu

N = es el número de tomacorrientes o receptores. Deben utilizar la cantidad máxima estipulada para cada circuito, que en el caso de C2 es de 20.

Ia = es la Intensidad que se tiene prevista por cada toma.

Fs = este parámetro, hace referencia al factor de simultaneidad, o lo que es igual, a la cantidad de equipos que pueden estar conectados de manera simultánea. Para el caso en cuestión es de 0,2.

Fu = este es el factor de utilización, es la potencia máxima que requiere el receptor. Para el circuito de utilización C2, es de 0,25.

Entonces, hallen la intensidad prevista para cada toma Ia, considerando que la línea de alimentación es monofásica. Para resolver el problema, utilicen la siguiente fórmula:

• Intensidad para una línea monofásica = Potencia / U x Coseno de fi

Sustituyan en la fórmula, con los datos que se tienen:

• P = 3.450 W, de acuerdo a la potencia prevista en la tabla de características eléctricas de los circuitos.

– U = 230 V.

– Cos f = 1

• Ia = 3450 / [230 x 1] = 3450 / 230 = 15A

El resultado de la Intensidad es de 15A

• I = 15A

Corresponde que sustituyan los valores obtenidos en la formula, para calcular la intensidad de un circuito interior de vivienda:

• I = N x Ia x Fs x Fu
• I = 20 x 15 x 0,2 x 0,25 = 15 A

Entonces pueden decir, que la intensidad que requiere esta vivienda en particular es de 15A, para que en su circuito pueda haber 20 puntos de tomas. Sin que aun se haya hecho el cálculo de sección de cable.

Ya conociendo la intensidad del circuito que es de 15A, y que los hilos de los cables que utilizaran son de cobre. Es ideal que seleccionen un cable cuya sección sea de 1,5 mm², el cual admite los 15A.

Pero si se ubican en la tabla de las características eléctricas de los circuitos, observaran que la sección mínima para esta fase es de 2,5 mm². Por tanto su opción a seleccionar tiene que ser este resultado de cálculo de sección de cable.

Ejercicio para calcular caída de intensidad

Es necesario que se hagan los cálculos de la caída de tensión del circuito y poder determinar que este no debe estar por encima del 3% de su tensión nominal. Cómo el 3% de 230V es igual a 6,9V, entonces la  caída de tensión para este circuito en particular, tiene que ser inferior a ese valor.

Importante recordar que la fórmula para calcular la caída de tensión, en línea monofásica es:

• ΔV = 2 x ρ x L x P / V x S

Recuerden que:

• La sección que se va a comprobar es 2,5 mm².
• El cobre tiene una conductividad a los 70° de: ρ=1/48 Ωmm²/m.
• Longitud del circuito de 15 metros.
• La tensión nominal de 3% (230V) es de 6,9V.

Se tiene que el interruptor automático para el circuito C2, de acuerdo a la tabla de las características eléctricas de los circuitos es igual a 16A.

Entonces, la potencia P con que deben calcular la caída de tensión C2, es la que corresponde a la intensidad nominal del interruptor del circuito. Por tal motivo, se tendrá:

• P = I * U * Cos f

Al sustituir valores, les queda:

• P = 16 x 230 x 1 = 3680 W

Ahora tienen que sustituir en la fórmula de caída de tensión:

• ΔV = [3680 x 15] / [230 x 48 x 2,5]

ΔV = 4V

Cómo notaran este resultado está por debajo de los 6,9V, con lo que queda demostrado, que teniendo 2, 5 mm² después de haber hecho el cálculo de la sección de cable, cumple con los requisitos de tolerancia al calor y caída de tensión.

Tamaño del neutro, el conductor de protección y del tubo de protección

El tamaño de la sección del neutro, debe ser igual al de la fase, en otras palabras es igual a 2,5 mm2.

El tamaño del tubo de protección, la norma indica que su diámetro exterior debe ser de 20 mm.

Entonces para que puedan hacer estos cálculos del tamaño del neutro, para los circuitos C2 de una vivienda, debe quedar así:

• Los hilos conductores de un cable de cobre, de un solo polo y con aislamiento. Tienen asignada una tensión de 450/750V y están embutidos en una tubería, cuyo diámetro es de 20 mm en su exterior.
• El circuito está conformado por un conductor de fase con 2,5 mm² de sección y un neutro de sección de 2,5 mm².
• El cable eléctrico de protección se estimó para que tuviera una sección de 2,5 mm²

Para el adicional del circuito se calcula de acuerdo a los valores de la tabla de características eléctricas de los circuitos.

Estimación de las secciones en las instalaciones para enlace

Por ejemplo, si quieren calcular la cantidad necesaria de instalaciones de enlaces para un edificio, es conveniente que revisen las recomendaciones dadas por el reglamento electrotécnico para baja tensión, para las caídas de tensión.

LGA = es la línea general de alimentación.

CPM = Caja de protección y medida. También se le conoce como cuadro de contadores.

DI = representan las derivaciones Individuales.

Todo sobre cómo es una instalación eléctrica de una casa

De acuerdo a las normas REBT, la instalación eléctrica de una casa familiar se compone de todos aquellos dispositivos o receptores que se encargan del suministro y distribución de la electricidad.

La instalación de una vivienda, comienza desde la acometida misma de la electricidad, pasando por cada uno de los interiores de fuerza y luminarias.

Seguidamente se presentan algunas recomendaciones de cómo se distribuyen los conductores y receptores en el circuito eléctrico.

Primera fase del circuito

Está compuesta por la instalación de enlace y se trata todas las conexiones eléctricas, con las cuales pueden hacer circular la electricidad.

La instalación de enlace, inicia su recorrido desde el punto de suministro eléctrico que se encuentra en el exterior de la casa. También se le conoce como acometida del suministro que comercializan las compañías de electricidad en cada uno de los países.

Partes que componen la instalación de enlace

• Línea de acometida.
• Línea repartidora o distribuidora.
• Central de contadores.
• Derivaciones individuales.
• Interruptor de control de potencia.
• Cuadro general de mando y protección.
• Línea a tierra de la vivienda.

Seguido encontrarás una reseña de cada uno de sus componentes.

Línea de acometida

Por lo general la acometida pueden encontrarla de tipo aérea o subterránea, dependerá de las condiciones en la que se encuentre la red de distribución  de cada empresa eléctrica.

La misma, conecta a la red de distribución del distribuidor de energía eléctrica, a la caja general de protección. Está es una línea trifásica, que se compone de tres cables conductores de fase, adicional a conductor neutro.

CGP o caja general de protección

Pueden ubicarla en un sitio de fácil entrada, tanto para los empleados de la empresa de suministro de energía eléctrica, como para los propietarios de la vivienda. Generalmente en sus planos del diseño y en campo se colocan en la fachada de la vivienda o en un semi poste dentro del terreno de la casa.

Su conformación consiste en elementos protectores de la línea de repartición y en su interior tiene un grupo de fusibles que se encargan de la protección del circuito eléctrico, ante posibles cortocircuitos.

Línea repartidora o distribuidora

La línea distribuidora es en realidad el sistema medular del sistema de alimentación del circuito eléctrico. A través, de ella la alimentación de energía eléctrica fluye hasta la caja general de protección y al cuarto de contadores.

La misma se compone de un trío de cables de fase, un conductor eléctrico para el neutro y un conductor que va a la toma de tierra. Que se seleccionan de acuerdo al cálculo de sección de cable para cada prestación.

Derivaciones individuales

Las derivaciones individuales de los circuitos eléctricos, se desprenden del contador que dispone el usuario, y que es provisto por la empresa distribuidora de electricidad.

Del medidor de consumo de corriente, los conductores se encargan de llevar la potencia, hasta la caja de control interna en donde está el interruptor de protección, que es el encargado de la seguridad del circuito ante eventuales variaciones del flujo de la electricidad.

Cuando corresponda establecer derivaciones por individual dentro de la instalación eléctrica, recuerden que incluir los cables de poder, que fueron seleccionados después de hacer el cálculo de sección de cable.

Centralización de contadores

Todas las viviendas familiares o no, deben contar con un sitio, en donde deben colocar cada uno de los dispositivos eléctricos, que se encargan de contabilizar el consumo de energía eléctrica de cada usuario.

Para la disposición de este aparato contador, el lugar debe contar con las siguientes características:

• Para conectar y desconectar la corriente eléctrica, debe tener un interruptor general. En algunos países a este dispositivo se les conoce como “cuchillas”. El corte del suministro eléctrico debe ser desde la línea principal de alimentación, hasta el punto en que se encuentra la entrada del contador.
• Es indispensable que deban tener presente, que cada central de contadores contará con barras de aterramiento general. La misma está compuesta de de cuatro barras metálicas, que se conectan todas ellas, a cada una de las tres fases y una irá conectada a la fase del neutro de la línea general.
• Cada una de estas barras, se reparten los conductores a cada contador, es en este lugar, donde la corriente trifásica se transforma en monofásica, con una fase en neutro.
• También es necesario que dispongan en su plano, de un dispositivo de programación horaria, para que el alumbrado se active de manera automática. Esta disposición, sólo aplica para viviendas en conjuntos residenciales.
• Deben colocar una derivación individual, para cada una de las líneas que conduce la electricidad. Desde el contador, hasta el interruptor de control de potencia o limitador, que se ubica en el tablero interno de la vivienda.
• Conexiones a tierra o de protección, que son aquellas tomas de tierra, de cada una de las derivaciones individuales, que son conectadas al grupo de barras de protección.

Cuando se trata de instalaciones eléctricas, diseñadas para las viviendas unifamiliares. Las líneas repartidoras no deben utilizarse, en su defecto, aplica colocar la caja general y el contador, en una caja de protección hecha a la medida y en donde estarán el contador y los fusibles protectores.

Segunda fase del circuito, instalaciones eléctricas en interiores

Las conexiones eléctricas que deben considerar, además de hacer el cálculo de sección de cable. Es las derivaciones individuales a los interruptores de control de potencia. De allí, arranca la distribución de corriente.

CGMP o cuadro general de mando y protección

Este elemento dentro del circuito eléctrico no es otra cosa, que una caja metálica, que por lo general debe estar ubicada muy cerca de la entrada de la vivienda.

Desde esta caja, deben derivarse o salir, cada uno de los circuitos eléctricos de manera independientes. Unos darán servicio a los tomacorrientes y otros al alumbrado de la vivienda. También se alojan los dispositivos protectores del circuito eléctrico.

¿Cómo está compuesto?

El cuadro de protección esta constituidos por una serie de dispositivos que se mencionan a continuación.

• ICP o interruptor de control de potencia.

También se le conoce como limitador. Es simplemente como una especie de interruptor, que deben conectar directamente a los cables de derivación individual.

Este dispositivo, se encarga de actuar como un controlador del consumo de energía, con el objeto que los usuarios tengan un menor consumo de la energía eléctrica.

Es un equipo que instala la empresa de distribución de la electricidad, que viene con un precinto de seguridad para que no sea manipulado. Su función es la de controlar la cantidad de energía eléctrica de la vivienda, cuando los electrodomésticos superan el consumo de la potencia contratada.

• Interruptor General o IG

Cuando elaboren su diseño de circuito eléctrico y hagan el cálculo de sección de cable, recuerden que este dispositivo tiene la función de proveer la seguridad en el circuito. Se encarga de proteger a los receptores y otros dispositivos, de sobrecargas o cortocircuitos.

Al detectar un desbalance en el suministro, se dispara y con ello se interrumpe de manera automática el flujo de corriente eléctrica. Este aparato puede ser programado para que se active o desactive, cuando la vivienda quede sola.

Pueden desactivarlo manualmente, cuando tengan que realizar alguna reparación en el circuito eléctrico.

• ID o interruptor diferencial

Cumple la función de protección  ante accidentes ocasionados por el contacto con receptores eléctricos, que se encuentren cargados con tensión, ya sea por la fuga de corriente en el circuito eléctrico.

• Pequeños interruptores automáticos o PIA

Estos son unas protecciones individuales, para cada uno de los circuitos y de manera independiente de la instalación eléctrica interior de la vivienda. Ellos se encargan de evitar con la ayuda de interruptores automáticos, los siguientes supuestos:

Sobrecargas

Cuando se produce un consumo excesivo de los dispositivos, puede ocasionar que en los conductores de un circuito independiente, no aguanten un incremento en la intensidad de corriente. Entonces, para prevenir falla o averías, este interruptor se dispara e interrumpe el suministro de energía eléctrica, de esta manera se protege al circuito con el cual está conectado.

Cortocircuitos

Motivado al uso y abuso de los conductores, los aislantes pueden deteriorarse, provocando también fallas en cableado, en un punto o puntos determinados de la instalación eléctrica. Esto puede incidir en que haya contacto directo entre los conductores, generando un cortocircuito. Por eso, la importancia de seleccionar el conductor más adecuado mediante el cálculo de sección de cable.

Toma de tierra

Se especializa en desviar a tierra, las posibles fugas de corriente que puedan cargar positivamente a los equipos eléctricos, impidiendo los accidentes por descargas eléctricas.

Esta protección, se caracteriza por tener un cable en paralelo al circuito eléctrico de la vivienda, del que se anexan todos los equipos del hogar. Al final de esa conexión termina con una barra de cobre enterrada al piso, por donde se descargan todas las fugas.

Montajes eléctricos básicos de una vivienda

Cuando quieran diseñar el circuito para una vivienda que está por construir un amigo, toma en consideración algunos de los montajes eléctricos básicos para viviendas, que se mencionan a continuación:

• Timbre con pulsador.
• Punto de luz sencillo con interruptor.
• Conexión de luz con dos interruptores, conmutado en donde la lámpara, puede apagarse y encenderse desde uno u otro interruptor.
• Punto de luz con interruptores conmutados de cruce. La lámpara, pueden encenderla o apagarla desde tres interruptores, ubicados en áreas diferentes.
• Tomacorriente, para conectar los electrodomésticos.

Conductores para las instalaciones eléctricas de las viviendas

Los circuitos eléctricos de una casa, son alimentados por conductores de fase, el neutro y la toma a tierra. Los cuales se encargan de distribuir la corriente alterna monofásica y de baja tensión, igual a 230 voltios.

Los conductores que deben emplear para el diseño y construcción de una instalación eléctrica, por lo general se fabrican con hilos de cobre y revestidos con un aislamiento plástico exterior de distinto color.

Los fabricantes hacen el cálculo de sección de cable, para poder determinar el uso que pueden darle y el color que tendrá su capa protectora, como es mencionado a continuación:

• Los conductores de fase

Este tipo de conductores, se encargan del transporte de la corriente eléctrica, desde los elementos de protección o  cuadro eléctrico, hasta los diferentes puntos de luz y tomacorrientes. Pueden diferenciarlos, ya que su revestimiento aislante suelen ser de color negro, gris o marrón.

• Conductores de neutro

Se encargan de transportar la corriente eléctrica, desde el tomacorriente y el punto de luz, por todo el circuito. Por lo general su color característico es el azul.

• Conductores de tierra

No se preocupan del transporte de corriente eléctrica, siempre y cuando en la instalación no se presenten fallas. Actúan cuando se producen escapes o derivaciones de corriente a la toma de tierra.

Pueden reconocerlos por su material plástico aislante de color amarillo y verde.

¿Importa el grueso del cable?

El diámetro o la sección del cable, dependerá del uso que le darán en la instalación eléctrica. Así se tendrá, que a mayor sean los requerimientos de la intensidad del circuito, mayor tiene que ser la sección del conductor que la transporte.

• Para las luminarias se utiliza el cable de 1,5 mm² de sección.
• El tomacorriente para cocinas eléctricas y hornos, tienen que utilizar un cable de sección de 6 mm².

Tienen que ser conectados, desde los PIA o pequeños interruptores automáticos, que se encuentran en el cuadro eléctrico. De allí son distribuidos los conductores eléctricos a cada uno de los circuitos, embutidos en tuberías de PVC, por el interior de las paredes de la casa.

El suministro de energía eléctrica a cada uno de los puntos de luz o tomacorriente, se hacen por derivación de los cables principales, desde la caja de registro a cada circuito.

Grado de electrificación de una vivienda

Cuando se habla del grado de electrificación de una vivienda, se refiere a las instalaciones eléctricas, que se encuentran en el interior de la misma. Pero en lo que concierne al número y tipos de estas instalaciones.

Existe una clasificación de los grados de electrificación de una vivienda. Para ello, se ubican por niveles de complejidad en su distribución y la carga de deberán soportar cuando todos los receptores del circuito se encuentre a plena demanda de energía.

Puede ser que la demanda de potencia se de con la actual distribución de carga o con la demanda que pueda generarse a futuro y de acuerdo a los metros cuadrados de la casa.

Los grados de electrificación son:

• Básico
• Elevado

Grado de electrificación básico

En este grado de electrificación, está planteado que encuentren todo lo mínimo que puede haber en un circuito eléctrico. Considerando que solo se hace el cálculo de sección de cable, para los electrodomésticos que estarán dentro de la vivienda, sin considerar nuevas ampliaciones.

Su propósito es posibilitar el uso de todos los aparatos eléctricos, de uso básico o común, sin que se tengan previsiones para futuras adiciones.

Para este grado de electrificación, se pueden admitir los circuitos independientes que se mencionan a continuación:

• C1: es el circuito de distribución interna, es exclusivo para la alimentación de los puntos de iluminación.
• C2: este circuito de distribución interna, pueden destinarlo para agregar los tomacorrientes de uso general y los refrigeradores.
• C3: es empleado para colocar la alimentación de la cocina y el microondas.
• C4: deben ir en este circuito, los conductores para alimentar lavadora, dispensador de agua y lavaplatos eléctrico.
• C5: en este circuito, es aconsejable que se coloquen los tomacorriente de las habitaciones, el baño, licuadora y auxiliares de cocina.

Grado de electrificación elevado

Se emplea para las viviendas que prevean un mayor uso de aparatos eléctricos y futuras ampliaciones. Lo que obliga a que instalen más circuitos de los que se prevén en los circuitos básicos. Además de sistemas de calefacción eléctrica, aire acondicionados centrales y que las áreas útiles de la vivienda superen los 160 m².

Cómo este grado de electrificación, es una adición al grado básico de electrificación. Pueden agregar otros circuitos independientes, que se mencionan a continuación:

• C6: puede ser extendido hasta los 30 puntos para luminarias. Además de las características del C2, puede adicionársele 20 tomacorrientes para uso general.
• C7: además de lo previsto en el punto C3, puede soportar un adicional de 20 tomacorrientes, cuando el área útil de la casa supere los 160 m².
• C8: circuito de distribución interna, específico para la instalación de calefacción eléctrica.
• C9: en este circuito solo podrá ir conectado el circuito eléctrico, después del cálculo de sección de cable,  las instalaciones para el aire acondicionado.
• C10: en este circuito de distribución interna, deben colocar la instalación de una secadora adicional.
• C11: pendientes de este circuito, acá solo deben estimar todo lo que tenga que ver con la instalación del sistema de alimentación, para los programas de automatización y seguridad.
• C12: queda reservado para las ampliaciones el circuito. Cuando sea necesario un C3 o C4. Si el diseñador estima que será necesario a futuro, instalar un circuito de tipo C5 o en su defecto, cuando el número de tomacorrientes excedan de 6.

Para los dos grados de electrificación tanto el básico, como el elevado, deberán contar con las siguientes prestaciones:

• Interruptor general automático de corte, con accionamiento manual. Que cuente con una intensidad nominal mínima de 25 A y dispositivos de protección contra sobrecargas y cortocircuitos. El dispositivo interruptor general, debe ser independiente del interruptor de control de potencia ICP, no pudiendo ser sustituido por este u otro dispositivo.

• Interruptores diferenciales, uno o más de estos dispositivos, que puedan garantizar la protección, contra contactos indirectos de todos los circuitos. La intensidad diferencial residual del mismo, no puede ser superior a los 30 mA.
• Dispositivos protectores de sobrecargas, cuando la configuración del circuito lo requiera.
• Debe contar con interruptor automático de corte, para cada uno de sus circuitos independientes.

Automatizaciones eléctricas de motores

Con el avance tecnológico, y con la idea de simplificar las tareas, el ser humano se vio en la necesidad de diseñar mecanismos que fueran capaces de realizar distintas tareas.

Tareas que eran repetitivas y podían ser controladas sin que fuera necesaria la presencia de un operario, esta invención dio pie a lo que se conoce como automatismos de las operaciones.

Cuando se menciona a la automatización eléctrica, por lo general se hace alusión a los mandos y reguladores de algunas maquinarias eléctricas. Pero en realidad, esto se refiere a todos los circuitos y componentes que se emplean para el control automático.

Tipos de automatismos

Los tipos de automatización dependen de la tecnología y los componentes que se emplee para establecer un sistema de control. Entre los más comunes se tienen:

Automatismos Cableados

Este tipo de tecnología, son aquella en las cuales se establecen por medio de enlaces físicos, con los cuales se implementa el sistema de control.

Automatismos Programados

Se pueden diseñar, empleando dispositivos autómatas de tipo programable, como también los dispositivos controladores programables.

Dispositivos empleados

• Pulsador
• Interruptor, Selectores
• Finales de carrera
• Termostatos
• Presostatos
• Sensores de presencia
• Contadores
• Relés
• Contactores

Habiendo mencionado un poco de esta funcionabilidad que permite la conexión de la electricidad, conductores y dispositivos controladores. Hay que continuar con el tema en cuestión.

La norma REBT establece lo siguiente:

• Si existe solamente un motor, los conductores eléctricos deben haber sido calculados, para que sean capaces de resistir una intensidad del 125% a plena demanda del motor. Siguiendo las recomendaciones para el cálculo de sección de cable.
• Cuando se encuentren que en un Circuito en Serie, existe más de un motor. Entonces los cables eléctricos, deberán calcularlos para que los mismos estén en capacidad de poder soportar, una intensidad que no sea inferior a la suma del 125% de la intensidad de la carga, del motor de mayor potencia.

Cuando vayan a realizar este cálculo, recuerden que deben emplear la fórmula para calcular la intensidad de un circuito en trifásico.

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