Conductores de corriente

Escala AWG

Desde hace años, las dimensiones de los alambres se han expresado comercialmente por números de calibres, en especial en Estados Unidos. Esta práctica ha traído consigo ciertas confusiones, debido al gran número de escalas de calibres que se han utilizado.

En Estados Unidos, la escala más usada para alambres destinados a usos eléctricos es la
“American Wire Gage” (AWG), también conocida como la “Brown and Sharpe Gage”.

Esta escala fue ideada en 1857 por J.R. Brown y tiene la propiedad de que sus dimensiones representan aproximadamente los pasos sucesivos del proceso de estirado del alambre, además de que sus números son regresivos. Un número mayor representa un alambre de menor diámetro,
correspondiendo a los pasos de estirado.

A diferencia de otras escalas, los calibres del “American Wire Gage” no se han escogido
arbitrariamente, sino que están relacionados por una ley matemática. La escala se formó fijando dos diámetros y estableciendo una ley de progresión geométrica para diámetros intermedios.

Los diámetros base seleccionados son 0.4600 pulgadas (calibre 4/0) y 0.0050 pulgadas (calibre 36), existiendo 38 dimensiones entre estos dos. Por lo tanto, la razón entre un diámetro cualquiera y el diámetro siguiente en la escala está dada por la expresión:

Esta progresión geométrica puede expresarse como sigue: La razón entre dos diámetros
Consecutivos en la escala es constante e igual a 1.1229.

Para secciones superiores a 4/0 se define el cable directamente por área en el sistema inglés de
medida. Las unidades adoptadas en Estados Unidos con este fin son:

• Mil, para diámetros, siendo una unidad de longitud igual a una milésima de pulgada.
• Circular mil, para áreas, unidad que representa el área del círculo de un mil de diámetro. Tal
círculo tiene un área de 0.7854 mils cuadrados.
• kcmil. Para secciones mayores se emplea la unidad designada por las siglas kcmil(anteriormente MCM o KCM), que equivale a mil circular mils

Por medio este sistema se pueden medir conductores desde el calibre 36 (0.127 mm2 de sección) hasta calibre 0 ( 1/0 53,49 mm2 ) . Pero por razones de fabricación se tiene hasta el 0000 (4/0 107,2 mm2 de sección), siendo este el más grueso. Como se aprecia a medida que se aumenta el calibre , la sección transversal disminuye.
El cable trenzado se fabrica hasta calibre 22 y los calibres impares no son comerciales, para cables de transporte de energía.


Escala KMC

Para conductores de área mayor al 4/0, se utiliza una unidad denominada “Circular Mil”. El Circular Mil se define como el área de una circunferencia cuyo diámetro es un milésima de pulgada. Esta escala era conocida como MCM, pero ésta nomenclatura due suplantada por KMC

CM = Π r2=Πd2 /4

1CM=0,78539x10-6 pulg2

Definición de Circular Mil (CM)
Haciendo una conversión se tiene que 1CM = 5,064506x10-4 mm2. Se puede apreciar claramente que el CM es una unidad muy pequeña, por lo tanto es necesario trabajar con una unidad múltiplo como el kCM = 103 CM (antiguamente conocido como MCM). En este sistema el calibre más pequeño es 250 kCM (127 mm2 de sección) y el calibre comercial más grande es de 500 kCM ( mm2 de sección).

Si deseas más información sobre conductores y su clasificación descarga el siguiente PDF, da click aquí.

Caída de Tensión y densidad de corriente

Si de una fuente de tensión Vo alimentamos un receptor de potencia P mediante una línea de longitud L y sección S, en los bornes de dicha carga la tensión V será menor que Vo, debido a la resistencia R de los conductores. Esta diferencia entre V y Vo se conoce con el nombre de:

caída de tensión (c.d.t.) δ= V- Vo

En forma porcentual:

caída de tensión %: δ% = (Vo-V)*100/Vo

Al circular una corriente I por un conductor se produce calor, que según la Ley de Joule tiene el valor:

Q = 0,24*I2*R*t [calorías]

Este calor aumentará la temperatura del conductor hasta que la cantidad de calor que se produce en él sea igual a la que se disipa por conducción, convección y radiación. El calor disipado por el conductor depende de la intensidad, la sección del conductor, el aislamiento y la forma de canalización. Se entiende que para que el conductor no produzca más calor del que puede disipar, pues sería peligroso o se estropearía, deberá estar limitada la intensad que por él circula a un valor máximo Imax según el tipo de canalización, y cuyos valores vienen dados por el fabricante y los reglamentos correspondientes. A veces, en lugar de la intensidad máxima del conductor se utiliza la densidad de corriente máxima definida como:

σmaximo= I/S

A continuación se describen los cálculos para hallar la sección de tres tipos de líneas (C.C., C.A. monofásica y C.A. trifásica) atendiendo a la caída de tensión. Pero una vez hecho esto, es preciso comprobar para la elección definitiva del conductor, (mediante la normativa correspondiente: REBT, tablas del fabricante, etc), si la sección elegida admite la intensidad que ha de circular por el mismo (en algunos casos, también, es necesario calcular la sección por el criterio de cortocircuito)

Cálculo y selección de tipo de conductores

Para efecto del cálculo de conductores eléctricos, es necesario memorizar los siguientes conceptos y formulas.

POTENCIA (P)= V x I
Donde:

W = Potencia real (watts) Carga eléctrica en una I.E

P = V x I = Potencia aparente (Volts – Amperes)

V = Voltaje o tensión (volts)

Vnominal= Voltaje nominal (127 Volts) Fase y Neutro

VL= Voltaje entre fases (220 volts) entre 2 fases

I = Corriente (amperes)

Ic = Corriente corregida

F.u = Factor de utilización

F.D = Factor de demanda

F.P = cos= Factor de Potencia, Factor expresado en centésimos (0.85, 0.90, etc.)

Ñ = Resistividad del cobre en ohms/m/mm2

Ñ = 1/58 a 20°C de temperatura ambiente.

Ñ = 1/50 a 60°C de temperatura ambiente considerando como un factor de seguridad.

L = Distancia expresada en metros desde el interruptor general hasta el centro de carga.

S = Sección transversal o área de los conductores eléctricos expresado en mm2sin aislamiento.

e = Caída de tensión entre fase y neutro.


R= (Ñ L/S)

ef= Caída de tensión entre fases.

e % = 100/En caída de tensión en tanto por ciento para sistemas monofásicos.

e % = ef= 100/Ef caída de tensión en tanto por ciento para sistemas trifásicos.

CALCULO DE CONDUCTORES ALIMENTADORES POR EL METODO DE CORRIENTE.

LAS SIGUIENTE SON LAS ECUACIONES UTILIZADAS SEGÚN EL SISTEMA.


* Para un sistema monofásico (1 fase, 1 neutro).
POR CORRIENTE

De la formula general de la potencia

W = E x I-------------------------1

Despejando I

I = EW/cosφ

El circuito representativo es:

NOTA: ESTE SISTEMA ES UTILIZADO CUANDO LA CARGA ES DE 1 A 4 KW.

POR CAÍDA DE TENSIÓN

De la ecuación general.

e = 2 RI

(2 por ser ida y regreso)

e = 2(Ñ L/S) I = 2 (L/50S) I =2LI/50S= LI/25S

por lo tanto e =LI/25S ------------------ caída de tensión entre fase y neutro.

Pero como se da en %

Entonces

e % = e100/En=LI100/25SEn= 4LI/SEn

Por lo tanto la sección transversal del conductor es:

S =4LI/Ene%

* Para un sistema bifásico a 3 hilos (2 FASES Y 1 NEUTRO)

Observado el diagrama, se trata realmente de dos sistemas monofásicos a dos hilos.

CALCULO POR CORRIENTE:
De la ecuación general:

Por = 2 En I cosφ

Despejando
I = Pot.(Watts)
2 En cosφ

POR CAÍDA DE TENSIÓN.

NOTA: como la carga total conectada en realidad se reparte en 2 sistemas monofásicos a dos hilos, la corriente y en consecuencia la caída de tensión es exactamente la mitad con respecto al sistema monofásico de dos hilos (Fase y Neutro). Esto es:

Como se trata de un sistema que en realidad es difícil balancear 100%, en un momento dado el neutro trabaja como fase, conduciendo 1.4142 veces la corriente eficaz por fase.
Por lo tanto, es recomendable que cuando se traba en dos fases con neutro común, el neutro se le considere de MAYOR AREA que los conductores utilizados como fases, por lo menos en un calibre.

Para comprender mejor recordemos que los valores de corriente, tensión y potencia NO son valores máximos, ni valores promedios, sino que indican el valor eficaz, siendo 0.7071 del valor máximos, por lo tanto:

0.7071 x 2 = 1.4142

NOTA: ESTE SISTEMA ES UTILIZADO CUANDO LA CARGA ES DE 4 A 8 KW.

* Para un sistema trifásico a 4 hilos (3 FASES Y 1 NEUTRO)

En este sistema las 3 fases deben estar perfectamente balanceadas, esto se entiende que la carga conectada o instalada en cada una de las fases deben ser iguales.

Del diagrama anterior se observa que son 3 sistemas monofásicos esto es cada una de las fases con el neutro, por lo que este último la corriente será igual o cero = 0.

Asi el cálculo de los conductores alimentadores por el método de corriente es:

POR EL MÉTODO DE CAÍDA DE TENSIÓN.

Ejemplos de los 3 sistemas

1.- Se tiene la siguiente carga instalada en una casa habitación

- de alumbrado 7 lámparas de 100w---------------------------------700w

- 10 lámparas de 750w---------------------------------750w

- Contactos sencillos 10 contactos de 180w------------------------1800w

Total------------- 3250w


CAPACIDAD DE CORRIENTE PROMEDIO DE LOS CONDUCTORES DE 1 A 3 EN TUBO CONDUIT ( TODOS HILOS D EFASE ) Y A LA INTEMPERIE.

TABLA N° 1

DIAMETROS Y AREAS INTERIORES DE TUBOS CONDUIT Y DUCTOS CUADRADOS.

TABLA NO. 2


TABLA NO. 3
AREA PROMEDIO DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS DE COBRE SUAVE O RECOCIDO, CON AISLAMIENTO TIPO TW, THW Y VINANEL 900.


b) Por su aislamiento