El Límite Térmico en Proyectos

La corriente máxima admisible ($I_z$) es el valor de corriente continua o eficaz que un conductor eléctrico puede transportar de forma permanente sin que su temperatura de régimen supere los límites del material aislante. El cálculo de esta corriente es el primer paso crítico en el diseño físico y la selección del interruptor magnetotérmico para evitar el riesgo de incendio en locales.

Factores que Determinan la Corriente Admisible

1. Material del Conductor y Aislamiento

El cobre ($Cu$) posee una conductividad un $60\%$ superior al aluminio ($Al$), admitiendo más corriente para una misma sección. El aislamiento determina la temperatura máxima de funcionamiento continuo:

  • PVC (Policloruro de Vinilo): Temperatura máxima de régimen de 70°C.
  • XLPE (Polietileno Reticulado) y EPR (Etileno-Propileno): Temperatura máxima de régimen de 90°C. Admiten densidades de corriente notablemente mayores.

2. Método de Instalación (Instalaciones de Referencia)

La disipación térmica del cable varía drásticamente según su entorno. La norma UNE-HD 60364-5-52 define varios métodos de referencia:

  • Método A: Conductores dentro de tubos empotrados en paredes aislantes (baja disipación).
  • Método B: Conductores dentro de tubos montados sobre paredes de madera o mampostería.
  • Método C: Cables unipolares o multipolares fijados directamente a paredes de mampostería.
  • Método F: Cables al aire libre sobre bandejas perforadas (máxima ventilación y capacidad).

3. Factores de Corrección ($f_t$ y $f_g$)

Las tablas base de la norma están calculadas para una temperatura ambiente de $30\text{°C}$ al aire y $20\text{°C}$ en tierra. Si la temperatura del recinto es superior, se aplica un factor corrector por temperatura ($f_t < 1.0$). Si varios circuitos discurren juntos por el mismo tubo o canalización, el calor se acumula y se aplica un factor de reducción por agrupamiento ($f_g < 1.0$).

Sección transversal de un cable eléctrico de cobre mostrando los conductores y el aislamiento térmico
Figura 1: Estructura interna de un cable multipolar e indicación de los materiales de aislamiento. Fuente: Generada para fines educativos / Licencia: CC BY-NC-SA

La Ecuación de Coordinación de Sobrecargas

Para proteger al conductor de daños térmicos permanentes por sobrecarga, el REBT obliga a coordinar las magnitudes del circuito según la inecuación fundamental:

$$I_b \le I_n \le I_z$$

Donde:

  • $I_b$: Corriente nominal de diseño de la carga.
  • $I_n$: Corriente nominal de disparo térmico del interruptor magnetotérmico.
  • $I_z$: Corriente máxima admisible corregida de la línea ($I_z = I_{base} \cdot f_t \cdot f_g$).
🐍 Validador Técnico de Coordinación de Protección Térmica (Ib <= In <= Iz)

def verificar_coordinacion_sobrecarga(ib, in_proteccion, iz_base, f_temperatura, f_agrupamiento):
    # Calcular corriente admisible corregida
    iz_corregida = iz_base * f_temperatura * f_agrupamiento
    
    print(f"--- ANÁLISIS DE COORDINACIÓN REGULADA ---")
    print(f"🔹 Corriente de carga (Ib): {ib:.2f} A")
    print(f"🔹 Interruptor elegido (In): {in_proteccion:.2f} A")
    print(f"🔹 Capacidad del cable (Iz): {iz_corregida:.2f} A (Base: {iz_base} A)")
    
    # Comprobar inecuación: Ib <= In <= Iz
    criterio1 = ib <= in_proteccion
    criterio2 = in_proteccion <= iz_corregida
    
    if criterio1 and criterio2:
        print("🟢 Criterio de coordinación: CUMPLE REGLAMENTO (APTO)")
    else:
        print("🔴 Criterio de coordinación: NO CUMPLE REGLAMENTO (PELIGRO)")
        if not criterio1:
            print("   ⚠️ Error: El interruptor (In) es menor que la carga (Ib), sufrirá disparos molestos.")
        if not criterio2:
            print("   ⚠️ Error: La protección (In) es mayor que la corriente admisible del cable (Iz). RIESGO DE INCENDIO.")

# Caso 1: Diseño correcto
verificar_coordinacion_sobrecarga(ib=14.5, in_proteccion=16, iz_base=21, f_temperatura=0.92, f_agrupamiento=0.85)
print()
# Caso 2: Cable infradimensionado con riesgo de sobrecarga
verificar_coordinacion_sobrecarga(ib=19.0, in_proteccion=20, iz_base=18, f_temperatura=0.90, f_agrupamiento=0.80)

Este código simula el proceso de toma de decisiones que realiza el software de cálculo para validar que los magnetotérmicos elegidos protegen las líneas.

💼 Caso Práctico: Cambio de tipo de aislamiento

Contexto: En la redacción del proyecto de una nave de curtido de pieles, un conductor de cobre de sección $6\text{ mm}^2$ con aislamiento de PVC bajo tubo empotrado tiene una $I_z$ insuficiente.

Pregunta: Sin aumentar la sección física del cobre, ¿qué modificación en la especificación del cable del proyecto incrementaría su corriente admisible?

⚙️ Caso Práctico: Inecuación de protección

Contexto: Un inspector analiza una línea eléctrica de fuerza con carga nominal Ib = 18 A, protegida por un magnetotérmico In = 20 A. El cable tiene Iz = 15 A.

Pregunta: ¿Por qué este diseño incumple el REBT y qué peligro real inmediato representa para los usuarios del establecimiento?

📝 Caso Práctico: Agrupamientos de circuitos

Contexto: En la reforma de una oficina comercial, se decide introducir 5 circuitos monofásicos independientes dentro del mismo tubo empotrado de PVC.

Pregunta: ¿Qué factor corrector por agrupamiento (fg) se debe aplicar para calcular la nueva corriente admisible del cable de fase?

🔬 Laboratorio Práctico: Coordinación de Protecciones en REBT SuperCalc

Actividad de Simulación: Utiliza el simulador de protecciones eléctricas de REBT SuperCalc para analizar la seguridad de un circuito monofásico con las siguientes condiciones reales:

  • Corriente de diseño de la carga ($I_b$): 23 A
  • Sección del conductor: 4 mm²
  • Método de instalación: B1 (Conductores en tubos sobre pared)
  • Tipo de aislamiento: PVC (temperatura límite de 70°C)

🔗 Abrir Simulador en REBT SuperCalc (Módulo 4)

Pregunta del Laboratorio: Tras ingresar las especificaciones en el simulador, ¿cuál es la corriente admisible del conductor ($I_z$), qué veredicto de seguridad emite la aplicación y cómo debe resolverse el problema según el REBT?