Cálculo de conductores eléctricos

Un dato muy importante que pocas veces escucho de los técnicos es el aislamiento del conductor. Puedes tener un calibre 10, pero la capacidad de conducción varía dependiendo del aislamiento que tenga. Un calibre 8 puede soportar 40, 50 o 55 amperes. La diferencia está en la temperatura de operación del aislamiento: los THW soportan de 60 a 75 grados centígrados, mientras que los THHW o THWN-2 operan a 90 grados.

Si revisas las tablas de los fabricantes de conductores como Condumex, Viakon o Conductores Monterrey, vas a ver que un mismo calibre con diferente aislamiento soporta diferentes amperajes. Eso es fundamental porque nosotros no estamos alimentando focos: estamos manejando arranques de compresores. Nuestro trabajo es aire acondicionado y refrigeración.

Cuando hay problemas de bajo voltaje, muchos técnicos le echan la culpa a Comisión Federal de Electricidad. "Es que el voltaje anda subiendo y bajando." Eso no es cierto en la mayoría de los casos.

En una escuela de música hicimos la prueba encendiendo cinco minisplits uno por uno. Iniciamos con 224 volts y conforme los compresores fueron arrancando, el voltaje fue cayendo hasta 210 volts. Cualquier persona que llegue y mida primero 224 y después 210 va a decir "CFE está variando el voltaje". Pero no: somos nosotros los que estamos provocando eso al encender y apagar equipos con calibres mal calculados.

Esos voltajes no son culpa de la compañía de suministro. Cuando se quema un equipo por bajos voltajes, puede ser por mala instalación del conductor, por falsos contactos al hacer las uniones, o por un mal cálculo del calibre. Pero el técnico que no sabe esto le dice al cliente "fíjese que las variaciones de voltaje de CFE dañaron la tarjeta" para quitarse el problema de encima.

Si tienes conectados varios equipos eléctricos y todos trabajan al mismo tiempo, el conductor principal recibe la suma de todo el amperaje: los minisplits, los taladros, los focos, los radios. Ese cable es el que se empieza a tostar. Y conforme se van encendiendo máquinas, se va cayendo el voltaje.

A ti te contrataron nada más para poner el último minisplit, pero es tu responsabilidad haber verificado que la línea vieja de la casa aguanta los amperes que le estás agregando. No es nada más decir "yo lo pongo" y engancharse uno tras otro.

Nos llamaron para revisar por qué una máquina nueva, con conductores nuevos, a pocos meses de uso ya no funcionaba. Era un equipo paquete monofásico de 5 toneladas con un consumo de 39 amperes. El instalador lo puso en diciembre, cuando el clima estaba fresco, los transformadores de CFE estaban descansados y nadie tenía prendido el aire acondicionado. Prendió el equipo, funciónó bien y se fue.

Para fines de mayo nos llaman diciendo que el equipo no enfría. Al intentar arrancarlo, solo se escuchaba el ronroneo de un compresor que quiere moverse y no lo logra. Revisamos capacitores, instalamos un booster, un starter kit, y nada funciónó.

El cálculo de conductores se hace por ampacidad, que es un factor de seguridad para que la corriente máxima que un conductor puede manejar no exceda su rango de temperatura. Se toma el motor que consume más (en aire acondicionado siempre es el compresor), se multiplica por 1.25 y se le suma el consumo de los demás motores.

En nuestro caso: el compresor consumía 32 amperes de placa. Multiplicamos 32 por 1.25 y le sumamos el motorcito de la turbina y el de las aspas. Nos dio una ampacidad de 46.6 amperes. Algunas marcas de equipos paquete ya traen este valor calculado en la placa, lo cual facilita el trabajo.

El instalador de aquel equipo paquete sumó los 39 amperes directamente, se fue a la tabla y dijo "un calibre 8 me aguanta 40 amperes, sobrado". Pero compró el conductor más barato, con aislamiento de 60 grados centígrados, que solo transporta 40 amperes. Y la distancia era de 35 metros.

Primero calculamos la caída de voltaje. De tablas, la resistencia del cable 8 es 2.061 ohms por cada 1000 metros. Para 35 metros nos dio 0.07 ohms. Aplicando la ley de Ohm (V = R x I), con 0.07 ohms y 46 amperes de ampacidad, la caída de voltaje fue de 3.36 volts. Eso no representa gran cosa.

Pero viene la segunda corrección: la temperatura ambiente. Hermosillo en verano está entre 41 y 45 grados centígrados. El factor de corrección por temperatura para esa ciudad es 0.71. Es decir, los 40 amperes que soporta el calibre 8 con aislamiento de 60 grados se reducen a solo 28 amperes reales en verano. Y él quería prender un equipo de 39 amperes con un conductor que en verano nada más debería trabajar para 28.

Incluso si hubiera comprado el aislamiento de 90 grados, que soporta 55 amperes, después de la corrección por temperatura le quedarían 39 amperes. Estaríamos muy justos.

El siguiente calibre más grueso es el 6, que con aislamiento de 75 grados soporta 65 amperes. Aplicando el factor de corrección de 0.71, nos da 46 amperes. Ese sí aguanta. Y como estamos subiendo de calibre (del 8 al 6), no necesitamos volver a calcular la caída de voltaje: un conductor más grueso siempre tiene menor caída.

Le informamos al cliente que había que meter aproximadamente 30 metros de cable calibre 6. Cuando supo el precio me preguntó como cinco veces "está usted seguro, ingeniero". Se quitó el cableado 8, se instaló el calibre 6 y se midieron todas las lecturas: arranque, voltaje sin compresor, voltaje con compresor, amperaje y enfriamiento. Todo funciónó correctamente.

Si el mismo caso se hubiera presentado en Tijuana, Baja California, con los mismos amperes y la misma distancia, el resultado habría sido diferente. La temperatura de diseño de Tijuana anda entre 31 y 35 grados centígrados. El factor de corrección por temperatura es 0.91. Los 55 amperes del calibre 8 con aislamiento de 90 grados, multiplicados por 0.91, dan 50 amperes. En Tijuana sí se hubiera podido usar el calibre 8.

Un instalador debe considerar estos factores antes de comprar el conductor:

Si la temperatura ambiente es alta, la conducción eléctrica empeora porque el cable presenta más resistencia. Hay que buscar un calibre mayor para vencer este problema. A mayor longitud del conductor, mayor caída de voltaje. Cuidado con decir "siempre fueron 11 metros" cuando ahora son 28, porque ya esa mayor longitud puede hacer una caída de voltaje significativa que va a crear problemas de arranque.

Una caída de voltaje de 2 a 4 volts al arrancar el compresor es normal. Pero si estás viendo caídas de 10 a 15 volts o más, el conductor está muy mal calculado.

Y toma en cuenta la época del año: si haces la instalación en enero, febrero o marzo en una ciudad muy caliente, que prenda el equipo no quiere decir que la instalación esté bien hecha. Hay que hacer los cálculos con las temperaturas de verano.

El ejemplo típico es el minisplit de 115 volts que conectan al contacto de la recámara para "ahorrarse la instalación eléctrica". El problema es que ese minisplit está consumiendo del contacto de la recámara, pasando por todo el cableado viejo de la casa hasta el centro de carga y de ahí al medidor. Eso calienta conductores que ya estaban en la casa, con calibres diseñados para focos y aparatos menores.

En un caso real en Tijuana, un minisplit estaba conectado con una extensión al contacto de una casa de dos pisos. Del segundo piso al medidor había 30 metros de distancia con los alambres de la casa. Con un probador de voltaje se podía ver cómo el voltaje se caía hasta 99 volts en cada arranque de compresor. Esa máquina no iba a durar mucho.

La NOM-001 marca un 3% de caída de voltaje por circuito y un máximo de 5% desde el origen de la toma (el main principal) hasta el último equipo. De ese 5%, CFE ya calculó sus conductores para un 3% en su tramo del poste al medidor. A nosotros nos toca que nuestras instalaciones no excedan el 2% restante.

Del medidor para atrás es responsabilidad de CFE. Del medidor para adelante es nuestra instalación, nuestros consumos. Muchos instaladores se pierden aquí porque creen que calculando bien su conductor nuevo la máquina va a trabajar bien, pero no toman en cuenta los cables que van del medidor al interruptor general, del interruptor al centro de carga y de ahí a donde nosotros nos conectamos.

Para el cálculo del conductor de un equipo inverter no se considera el amperaje máximo cuando el compresor opera al 130%. Esa operación al 130% dura nada más uno a dos minutos para llegar al set point más rápido. La tarjeta está programada por tiempo y temperatura para no quedarse en ese nivel. El cálculo de conductores para un inverter se hace exactamente igual que para un equipo convencional.

Los minisplits vienen de fábrica con calibres delgados como el 14. Ese calibre está calculado para funcionar dentro de la máquina, no para la distancia completa de tu instalación. Si conectas ese calibre 14 directamente a un metro del medidor, va a trabajar perfectamente porque sí soporta ese amperaje. Pero tú no lo estás instalando ahí: lo estás llevando a la recámara, a 20, 30, 40 metros.

La solución es empalmar el calibre 14 del fabricante con un calibre más grueso (un 12 o un 10) calculado para tu distancia específica. En un caso real, un minisplit estaba a 35-40 metros. Se conectó un calibre 10 al 14 del fabricante y todo trabajó normal.

Los termomagnéticos se calculan por amperes. Un minisplit de una tonelada en 220 volts consume en promedio 5 amperes. Lo ideal sería ponerle un termomagnético de 10 amperes, aunque la mayoría de la gente pone de 15 porque es el que encuentras de línea en todas las tiendas.

En cuanto a marcas, todas funcionan, pero la duración en años es diferente. No es que un termomagnético barato se vaya a botar desde la instalación, pero a largo plazo un Square D, por ejemplo, te va a durar más y te quitas de problemas.

No es lo mismo instalar dos o tres conductores en una tubería conduit que meter todos los que quepan. Ese agrupamiento de cables dentro de la tubería provoca que no haya disipación de calor. Tiene que haber espacio entre los conductores dentro de las tuberías para que disipen su calor, porque la energía eléctrica genera calor.

Cada caso es particular: a veces se usa uso rudo suelto en el techo, a veces se mete en tubería flexible, a veces en conduit rígido. La corrección por agrupamiento queda para que cada quien la aplique según su instalación específica. Lo importante es que sepas que existe y que la tomes en cuenta.

El cálculo de calibre para sistemas trifásicos es el mismo procedimiento. No calculamos por voltaje (casi todos los conductores soportan 600 volts o más de aislamiento). Tu único punto de interés es el amperaje que pasa por el conductor. En trifásico, los amperes pasan por cada uno de los tres conductores, y el cálculo se hace por amperaje igual que en monofásico.

Medir los ohms de la tierra física se hace normalmente con un megger. Los valores aceptables varían: hay quien dice 2 ohms, otros 6, otros hasta 9. Los ohms pueden variar dependiendo del terreno (arcilloso, relleno sanitario) y si está húmedo o seco. Para una verificación rápida en aire acondicionado, con tu multímetro puedes confirmar si tienes o no tienes tierra física. Para un trabajo más profesional, se contrata a un experto en tierras físicas.

La tierra física se está exigiendo cada vez más en México. No podemos darnos el lujo de decir "de todas maneras prende sin ella". Si no se pone un calibre adecuado o no se instala tierra física y esto provoca un daño permanente al equipo, Frikko, como todas las marcas serias, va a invalidar la garantía.

A veces resulta más económico comprar un conductor con aislamiento de 90 grados que cambiar a un calibre más grueso. Depende de la accesibilidad en las tiendas y de los costos. Lo que estamos buscando es el mínimo calibre de conductor que cumpla con todos los requisitos: ampacidad, corrección por temperatura ambiente, caída de voltaje por distancia. El que cumpla con todo eso al menor costo, ese es el correcto.