Introducción a las Reglas de Cálculo

La elaboración de la memoria de cálculo es la columna vertebral técnica de cualquier proyecto de baja tensión. El cálculo electrotécnico consiste en dimensionar los conductores, canalizaciones y protecciones para evitar incendios por sobrecarga, proteger a los usuarios de contactos indirectos, y garantizar que los receptores funcionen al voltaje correcto. El REBT define criterios matemáticos muy estrictos para garantizar la seguridad activa y pasiva.

Los Tres Criterios Fundamentales de Dimensionado

1. Criterio Térmico o de Capacidad de Corriente

La corriente de diseño ($I_b$) que circula por el circuito de forma permanente calienta el conductor por efecto Joule. El cable elegido debe disipar este calor sin dañar su aislamiento plástico. Su corriente admisible ($I_z$), corregida por factores de temperatura y agrupamiento, debe ser siempre mayor o igual a la nominal de la protección instalada ($I_n$), la cual a su vez debe ser mayor o igual a la de diseño ($I_b$): $I_b \le I_n \le I_z$.

2. Criterio de Caída de Tensión ($\Delta V$)

Debido a la impedancia propia de los metales, la tensión disminuye progresivamente conforme aumenta la longitud del conductor. Para evitar funcionamientos defectuosos de equipos e iluminación, el REBT limita esta caída a porcentajes máximos que varían según el origen y uso de la línea (típicamente entre el 3% y el 5%).

3. Criterio de Cortocircuito ($I_{cc}$)

En caso de fallo de aislamiento franco entre fases o neutro, se produce una corriente de cortocircuito masiva. Las protecciones magnetotérmicas y los conductores deben seleccionarse de forma que el interruptor pueda abrir el arco eléctrico sin destruirse y el cable no sufra daños térmicos irreversibles.

Esquema educativo de caída de tensión en un conductor largo alimentando un motor eléctrico
Figura 1: Representación conceptual de la caída de tensión y el efecto de resistencia serie en una línea de alimentación. Fuente: Generada para fines educativos / Licencia: CC BY-NC-SA

El Algoritmo General de Cálculo de Secciones

Para determinar la sección comercial de un cable de alimentación, el proyectista realiza siempre los siguientes pasos:

  1. Determinar la potencia y tipo de receptor: Monofásico ($230\text{ V}$) o Trifásico ($400\text{ V}$), y factor de potencia ($\cos\varphi$).
  2. Cálculo de la corriente nominal de diseño ($I_b$): Empleando la ecuación de potencia correspondiente.
  3. Elección preliminar de la sección: Por capacidad térmica según tablas de la norma UNE-HD 60364-5-52.
  4. Comprobación de caída de tensión: Aumentar sección comercial si se supera el porcentaje máximo.
  5. Verificación de cortocircuito: Garantizar selectividad y protección frente a cortocircuitos.
🐍 Calculador de Corriente de Diseño Monofásica y Trifásica

import math

def calcular_corriente_diseno(potencia_w, tension, cos_phi, trifasico=False):
    """
    Calcula la corriente Ib en amperios para una carga eléctrica dada.
    """
    if trifasico:
        # Ib = P / (sqrt(3) * V * cos(phi))
        corriente = potencia_w / (math.sqrt(3) * tension * cos_phi)
    else:
        # Ib = P / (V * cos(phi))
        corriente = potencia_w / (tension * cos_phi)
    return round(corriente, 2)

# Datos de prueba reglamentarios
potencia_motor = 7500  # 7.5 kW
cos_phi_motor = 0.85

ib_mono = calcular_corriente_diseno(potencia_motor, 230, cos_phi_motor, trifasico=False)
ib_tri = calcular_corriente_diseno(potencia_motor, 400, cos_phi_motor, trifasico=True)

print(f"--- ANÁLISIS DE CORRIENTES DE DISEÑO (Carga: {potencia_motor/1000} kW) ---")
print(f"🔹 Corriente en Monofásico (230 V): {ib_mono} A")
print(f"🔹 Corriente en Trifásico (400 V)  : {ib_tri} A")

Este código interactivo de Python calcula de forma automática la corriente que circula por la línea receptora en función del sistema de fases.

🧪 Laboratorio Práctico: Magnitudes y Fugas de Aislamiento

Para comprobar cómo se calculan las magnitudes eléctricas de diseño y cómo influye el aislamiento de los cables en la aparición de corrientes de fuga críticas (según la ITC-BT-19), utilizaremos la herramienta interactiva de la calculadora. Sigue estas instrucciones para resolver el ejercicio:

  1. Haz clic en el botón inferior para abrir el calculador de Magnitudes y Fugas en la calculadora.
  2. Configura los siguientes datos en el formulario:
    • Sistema de Tensión: Monofásico (230 V~)
    • Potencia Activa (P): 7.5 kW
    • Factor de Potencia (cos φ): 0.85
    • Resistencia de Aislamiento específica (R_iso): 5.0 MΩ·km
    • Longitud total del circuito (L): 150 metros
  3. Observa la corriente de diseño (Ib), la resistencia de aislamiento real de la línea (R_real) y la Corriente de Fuga resultante en miliamperios (mA).
🚀 Abrir Magnitudes y Fugas en la Calculadora

Pregunta de Laboratorio:

Tras simular el caso en la calculadora, ¿qué corriente de fuga aproximada obtienes a tierra y cuál es el veredicto de aptitud del aislamiento?

💼 Caso Práctico: Selección de sección comercial

Contexto: En los cálculos de un circuito de climatización industrial de $25\text{ A}$, el electricista elige un cable con una corriente admisible corregida de $I_z = 21\text{ A}$ bajo un tubo empotrado.

Pregunta: ¿Qué riesgo directo presenta este diseño respecto al criterio térmico y qué modificación inmediata se debe proponer en la memoria?

⚙️ Caso Práctico: Despeje de caídas de tensión

Contexto: Se diseña una línea de alumbrado de 230 V con una longitud de 80 metros. Al calcular con la sección de $1,5\text{ mm}^2$, la caída de tensión resulta del $4,5\%$, pero el pliego municipal limita la caída al $3\%$.

Pregunta: ¿Qué acción técnica reglamentaria debe llevar a cabo el redactor del proyecto eléctrico para cumplir con la especificación?

📝 Caso Práctico: Importancia de la Icc

Contexto: Durante la redacción de la memoria descriptiva de una industria química, se debe justificar el poder de corte de los magnetotérmicos generales de cabecera.

Pregunta: ¿Por qué se debe verificar que el poder de corte del interruptor sea superior a la corriente de cortocircuito máxima calculada en bornes?