Seleccion del Conductor de Alimentación

Para seleccionar un conductor se deben realizar dos tipos de cálculos eléctricos. El primero por capacidad de corriente y el segundo por caída de tensión.

CALCULO POR CAPACIDAD DE CORRIENTE
La condición inicial e importante es tener en cuenta es que los conductores deben trabajar al 80% de su capacidad nominal, es decir al 80% de la corriente máxima que soporta el conductor.

En el siguiente cuadro se muestran datos de algunos conductores con su corriente admisible, según datos del fabricante CELSA. Usted puede tener acceso a todo el archivo en el catalogo de este fabricante.

Si observamos el cuadro tenemos lo siguiente:

1. El conductor de calibre 18 AWG-MCM, sección de 0.821 mm², para una instalación en tubo a una temperatura máxima de operación de 70°C, tiene una capacidad de corriente máxima de 9 amperios.

2. El conductor de calibre 14 AWG-MCM, sección de 2.08 mm², para una instalación en tubo a una temperatura máxima de operación de 70°C, tiene una capacidad de corriente máxima de 20 amperios.

Si usamos el conductor 18 AWG para la alimentación de un circuito eléctrico, su corriente de diseño debe ser de 0.80*9 amperios, que es igual a 7.2 amperios.

Si usamos el conductor 16 AWG para la alimentación de un circuito eléctrico, su corriente de diseño debe ser de 0.80*13 amperios, que es igual a 10.4 amperios.

Esto significa que si para la alimentación de un circuito, se necesita una corriente mayor se debe usar el conductor de mayor sección.

¿Circuito monofásico o trifásico?

Como el conductor se selecciona por capacidad de corriente, en este primera parte, hay que calcular este valor tomando como dato inicial la máxima demanda o máxima potencia, la tensión a la cual va operar ese circuito y, su factor de potencia.

Para un circuito monofásico se debe usar la relación:

P = V * I * fp

Donde P: Potencia activa medida en vatios, V: tensión en la cual va operar el circuito medido en voltios y fp: factor de potencia que es un valor numérico menor o igual a uno.

Para un circuito trifásico se debe usar la relación:

P = √ 3 * V * I * fp

Ejemplo1
Determinar la sección de conductor que debe utilizar, para la alimentación de un circuito cuya máxima demanda es de 1kW. La tensión de la red a donde se conectará este circuito es de 220V monofásico con un factor de potencia de 0.95.

Solución

La potencia máxima es de 1kW = 1000W, es decir P=1000W
La tensión en la que funcionará el circuito es de 220V, es decir V=220V
El factor de potencia es de 0.95, es decir fp=0.95

Como el circuito es monofásico, reemplazamos en la relación correspondiente y obtenemos el valor de la corriente que debe soportar el conductor.

I = P / ( V * fp )

I = 1000W / ( 220V * 0.95 )

I = 4.78 Amperios  

Para este valor de corriente seleccionamos el conductor de calibre 18 AWG (ver catalogo)

Ejemplo2
Determinar la sección de conductor que debe utilizar, para la alimentación de una vivienda cuya máxima demanda es de 5kW. La tensión de la red a donde se conectará este circuito es de 220V monofásico con un factor de potencia de 0.95.

Solución

La potencia máxima es de 5kW = 5000W, es decir P=5000W
La tensión en la que funcionará el circuito es de 220V, es decir V=220V
El factor de potencia es de 0.95, es decir fp=0.95

Como el circuito es monofásico, reemplazamos en la relación correspondiente y obtenemos el valor de la corriente que debe soportar el conductor.

 I = P / (V*fp)

I = 5000W / (220V*0.95)

I = 23.92 Amperios  

Para este valor de corriente seleccionamos el conductor de calibre 10 AWG.

Ejemplo3
Determinar la sección de conductor que debe utilizar, para la alimentación de una vivienda cuya máxima demanda es de 5kW. La tensión de la red a donde se conectará este circuito es de 220V trifásico con un factor de potencia de 0.95.

Solución

La potencia máxima es de 5kW = 5000W, es decir P=5000W
La tensión en la que funcionará el circuito es de 220V, es decir V=220V
El factor de potencia es de 0.95, es decir fp=0.95

Como el circuito es trifásico, reemplazamos en la relación correspondiente y obtenemos el valor de la corriente que debe soportar el conductor.

Para este valor de corriente seleccionamos el conductor de calibre 14 AWG.

Con los resultados del ejemplo 2 y 3 puede darse cuenta de la ventaja de usar un circuito trifásico o un circuito monofásico.

CALCULO POR CAÍDA DE TENSIÓN
Creo que su nombre correcto debe ser "disminución de tensión", para entenderlo mejor. Bueno, el término ya esta difundido de esta forma, así que empezaré indicando que la tensión es una diferencia de potencial entre dos puntos y se mide en voltios.

En nuestra casa, por ejemplo, la diferencia de potencial existente entre los dos conductores que hacen funcionar nuestros artefactos es de 220 voltios, que en forma resumida se escribe 220V.

Pero esa diferencia de potencial no es constante, a lo largo de toda nuestra casa, ya que al pasar por cada artefacto esta tensión va disminuyendo. Esta diferencia de potencia disminuye cada vez que hace funcionar una resistencia, inductancia o capacitancia. Una licuadora, por ejemplo, esta formada por una bobina que hace rotar unas cuchillas para disminuir el tamaño de los alimentos. Esta bobina tiene una resistencia y una inductancia, por lo tanto la diferencia de potencia será menor después de pasar por este artefacto.

Ahora, un conductor, tiene una resistencia, pues es una de sus características físicas. Así que la diferencia de potencial, también disminuirá al pasar por el conductor. Lo mismo sucederá al pasar por los contactos de un interruptor termo magnético. En fin, disminuirá por cada componente,dispositivo o elemento que consuma corriente y que se comporte como una resistencia, inductancia o capacitancia.

¿Cómo se calcula la caída de tensión?

Para una resistencia la disminución de la tensión es igual al producto de la corriente por la resistencia:

Ahora, ya sabemos que la corriente (I) se puede calcular de la potencia máxima (o máxima demanda) que se tiene que suministrar y también del tipo de circuito si es monofásico o trifásico.

La resistencia de un conductor depende de su longitud, de su sección y del tipo de material y se puede calcular usando la siguiente relación matemática:

R = ρ * L / A

Donde: R es la resistencia en ohmios, L es la longitud en metros y A es la sección del conductor en m2

Con estos datos ya es posible calcular la caída de tensión en un alimentador o conductor principal de un suministro.

Ejemplo1
Determinar la caída de tensión en el conductor que se debe utilizar, para la alimentación de un circuito cuya máxima demanda es de 1kW. La tensión de la red a donde se conectará este circuito es de 220V monofásico con un factor de potencia de 0.95 y su longitud hasta el tablero es de 15m.

Solución

La sección del conductor, por capacidad de corriente, la hemos determinado en el Ejemplo1 y, el resultado fue un conductor 18 AWG cuya sección, según el catalogo de CELSA es de 0.821 mm2.

Ahora calculamos la resistencia del conductor para esos 15 m, usando la resistividad del cobre de 0.0171*10(-6)

R = ρ * L / A

R = 0.0171*10(-6) * 15 / 0.821 mm2

R = 3.12 Ohm

Ahora calculamos la caída de tensión que es igual a:

Si analizamos el circuito y consideramos que a nuestro punto de suministro, que es donde esta el medidor de energía, llega una tensión de 220V, a nuestro tablero, con una máxima demanda de 1kW, llegará 220V - 1.48V = 218.5V

Podemos decir que este valor es aceptable, pero existe una mayor caída de tensión desde nuestro tablero hasta cada una de los artefactos de nuestra casa, por lo que debemos ser muy rigurosos es la selección de este conductor.

Para una mejor selección del conductor de alimentación, el código nacional de electricidad recomienda una caída de tensión máxima del 2.5% de la tensión nominal y, 1.48 V representa el 0.7% de la tensión nominal.

Por lo tanto, por caída de tensión seleccionamos el conductor de calibre 18 AWG.

Cuadro de Màxima Demanda

Los cuadros de Máxima Demanda pueden realizarse en excel si es de windows o en Libre Office Calc, si se usa Ubuntu o Linux Mint.

Que debe contener este cuadro.

1. El Título que puede decir: Cálculo de la Máxima Demanda.
2. Dirección: Del local donde está ubicada, la casa, el negocio o la fábrica.
3. Propietario: Nombre completo del propietario y/o razón social indicando su RUC (Registro Único del Contribuyente)
4. Relación de cargas básicas: Se deben indicar las relacionadas con las áreas del lugar y cuya demanda se calcula utilizando un valor de vatios por cada metro cuadrado (w/m2).
5. Relación de cargas especiales: Se deben indicar las relacionados con equipos o dispositivos adicionales a las cargas de alumbrado y tomacorrientes.
6. Sistema eléctrico: Esto sirve para señalar con tipo de sistema y que valor de tensión se ha calculado nuestra máxima demanda, que para nuestro caso puede ser monofásico 200V, trifásico 380/220V.

A continuación, a manera de ejemplo, se muestra un cuadro de máxima demanda para una vivienda unifamiliar, donde el propietario solicitó realizar el proyecto para una vivienda familiar de tres plantas.
(Por razones de privacidad, no mostramos los datos del propietario y su dirección)

Calculo de la Maxima Demanda

La Máxima Demanda de una casa equivale a la máxima potencia que va utilizar durante un tiempo de vida util proyectada para la vivienda. Por lo tanto, su unidad de medida es el vatio y generalmente se expresa en kW (kilo vatios o mil vatios).

Para realizar este cálculo se debe tomar en cuenta las recomendaciones del código nacional de electricidad utilización en su sección 050 denominada "cargas de circuitos y factores de demanda", específicamente la sección 050-200 referida a "acometidas y alimentadores para viviendas unifamiliares", donde se establece lo siguiente:

La mínima capacidad de conducción de corriente de los conductores de acometidas o alimentadores debe ser la mayor que resulte de la aplicación de los párrafos (a) y (b) siguientes:

(a) (i) Una carga básica de 2 500 W para los primeros 90 m2 del área de vivienda (ver Regla 050-110); más
(ii) Una carga adicional de 1 000 W por cada 90 m2, o fracción, en exceso de los primeros 90 m2; más
(iii) Las cargas de calefacción, con los factores de demanda previstos en la Sección 270, más cualquier carga de aire acondicionado con factor de demanda de 100%, según la Regla 050-106(4); más
(iv) Cualquier carga de cocina eléctrica, como sigue: 6 000 W para cocina única más 40% de la cantidad en la que la potencia de dicha cocina exceda los 12 kW; más
(v) Cualquier carga de calentadores de agua para piscinas y baños individuales o comunes; más
(vi) Cualquier carga adicional a las mencionadas en los párrafos (i) a (v), al 25% de su potencia nominal, si ésta excede los 1500 W y si se ha previsto una cocina eléctrica; o al 100% de la potencia nominal de cada una, si ésta excede los 1 500 W hasta un total de 6000 W, más 25% del exceso sobre los 6 000 W, si no se ha previsto una cocina eléctrica.
(b) 40 amperes.

Lo anterior significa que si al realizar el cálculo para una vivienda unifamiliar siguiendo todo el procedimiento descrito en la parte a y se obtiene como máxima demanda una potencia equivalente a una carga menor de 40 amperios, se debe tomar la opcción b, pues es la mayor de ambas. Pero, si al el valor resulta mayor de 40 amperios, debe tomarse ese valor.

Ejemplo 01
Una vivienda unifamiliar tiene una área de vivienda de 80m². Calcular su Máxima Demanda.

Solución
Según la sección 50-200-a, para los primeros 90m² se debe considerar 2500W=2.5kW.
La tensión monofásica para las viviendas es de 220V.
Entonces para 220V y una Máxima Demanda de 2.5kW, en un sistema monofásico se obtiene una corriente de 11.36 Amperios.

Respuesta
La Máxima Demanda para la vivienda unifamiliar de 80m² es de 2.5kW, pero la mínima capacidad de conducción de los conductores de alimentación y de la acometida debe ser de 40 Amperios que es la mayor entre las opciones "a" y "b" indicadas y que equivale a 8.8kW.

Ejemplo 02

Una vivienda unifamiliar tiene una área de vivienda de 180m². Calcular su Máxima Demanda considerando que estará equipada con una cocina eléctrica de 2500W y una terma de 2000W

Solución
Según la sección 50-200-a, para los primeros 90m² se debe considerar 2500W=2.5kW.
Para los siguientes 90m² se debe considerar 1000W=1.0kW
Por lo tanto la máxima demanda de la vivienda es de:
2500W (de los primeros 90m²) +
1000W (de los siguientes 90m²) +
2500W (de la cocina eléctrica) +
2000W (de la terma o calentador de agua)
TOTAL=8000W

Ahora, la tensión monofásica para las viviendas es de 220V, entonces para una Máxima Demanda de 8.0 kW, en un sistema monofásico se obtiene una corriente de 36.36 Amperios.

Respuesta
La Máxima Demanda para la vivienda unifamiliar de 180m² es de 8.0kW, pero la mínima capacidad de conducción de los conductores de alimentación y de la acometida debe ser de 40 Amperios que es la mayor entre las opciones "a" y "b" indicadas y que equivale a 8.8kW.

Es muy alta la máxima demanda?.
El resultado de este cálculo es, para algunas viviendas, alto. Estamos en un avance tecnológico donde los artefactos y equipos son cada vez más eficientes, especialmente los de iluminación. Las antiguas lámparas de 100 vatios, se han reemplazado por las lámparas ahorradoras de 10,15 y 20 vatios. Y, ahora las lámparas con LED tiene potencias mucho menores.

Una recomendación para realizar el cálculo de sus instalaciones de forma más exacta es conocer que artefactos formarán parte del equipamiento de su hogar y la forma como hará uso de ellos: Le mostraré con cifras como puede dañar sus instalaciones de forma continua.

Un conductor de sección de 14AWG puede conducir, a temperatura ambiente, 25 amperios. Esto, es una fuente de tensión de 220V y un factor de potencia unitario nos dá la posibilidad de poner a funcionar artefactos que no superen los 5.5 kW en forma simultánea.

Si una vivienda tiene una calentador de agua que consume 2.5 kW, una plancha de 1 kW, una cafetera eléctrica de 1.5 kW, un microondas de 1.2 kW y un hervidor eléctrico de 1.5 kW, entonces las razones de tener cuidado son altas. Poner a funcionar a todas ellas juntas, resulta peligroso para el conductor, el cual se calentará en función del tiempo que esten todos eses artefactos funcionando.

Es recomendable, que cuando la terma o calentador de agua esta funcionando, sólo uno de los demás artefactos debe estar encendido y además algunas cargas menores como lámparas de alumbrado. Lo seguro es no superar los 5 kW.


Cómo cree que influyen las instalaciones eléctricas en un hogar?.
A continuación hay una encuesta, que le pido completar para saber cuales es su punto de vista al respecto. Es anónima, por que estos tiempo, muchas personas prefieren no dejar sus datos en cualquier página web. Pero esta me ayudará a mejorar el contenido de este blog. Sólo haga lick en el enlace que aparece a continuación. 
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