1.4.5. Capacidad de elementos y sistemas de conducción en automatización industrial

Introducción

En todo proyecto de automatización industrial, el dimensionamiento de los elementos de conducción —cables, tubos, canalizaciones— constituye una fase crítica que determina tanto la seguridad funcional como la eficiencia energética a largo plazo. La capacidad de estos elementos no es un valor fijo, sino que resulta de aplicar factores de corrección basados en la normativa UNE 20460 y el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT). Un cálculo incorrecto puede derivar en sobrecalentamientos, caídas de tensión excesivas o incluso riesgo de incendio. Este tema profundiza en los criterios técnicos, las variables ambientales y las buenas prácticas que todo profesional debe dominar, integrando ejemplos reales con tecnologías actuales como Raspberry Pi para monitorización de líneas.

Criterios para la determinación de la sección de conductores

La sección nominal de un conductor, expresada en mm², debe garantizar que la intensidad admisible (Iz) sea superior a la corriente de servicio (Ib) bajo cualquier condición previsible. El proceso de cálculo integra al menos cuatro factores esenciales: la corriente de carga, el tipo de aislamiento (termoplástico o termoestable), el método de instalación (según tabla 52-C2 de UNE 20460-5-52) y los coeficientes de corrección por temperatura ambiente y agrupamiento.

Ejemplo práctico 1: Línea trifásica para centro de mecanizado

Imaginemos un centro de mecanizado con una potencia total de 22 kW (cos φ = 0,85), tensión 400 V. La corriente Ib ≈ 22.000 / (√3·400·0,85) ≈ 37,5 A. Si utilizamos cable RZ1-K (AS) (aislamiento termoestable, 90 °C) en bandeja perforada (método E), la tabla de intensidades nos da para 6 mm² una Iz base de 46 A. Pero si la temperatura ambiente es de 45 °C y hay dos circuitos más en la misma bandeja, aplicamos factores de corrección: 0,87 (por temperatura) y 0,85 (por agrupamiento). Iz final = 46·0,87·0,85 ≈ 34 A → insuficiente. Debemos aumentar a 10 mm² (Iz base 63 A → Iz corregida ≈ 63·0,87·0,85 ≈ 46,6 A > 37,5 A).

Ejemplo práctico 2: Caída de tensión en largas distancias

Para una línea de alimentación a un variador de frecuencia situado a 80 metros del cuadro, con Ib = 25 A y tensión 230 V monofásica, la caída de tensión máxima reglamentaria (REBT ITC-BT 19) es del 3% (6,9 V). Usando conductores de cobre, la sección mínima por caída de tensión se calcula como: S = (2·L·I·cos φ) / (γ·ΔU). Para γ = 48 m/(Ω·mm²) a 90 °C, obtenemos S ≈ (2·80·25·1) / (48·6,9) ≈ 12,07 mm² → sección comercial 16 mm². Vemos que, en recorridos largos, la caída de tensión puede ser más restrictiva que el calentamiento.

Capacidad de tubos y canalizaciones: llenado y materiales

Los sistemas de conducción (tubos, canales, bandejas) deben dimensionarse no solo para alojar los cables, sino para permitir la disipación térmica y facilitar el tendido. La ITC-BT-21 especifica coeficientes de llenado máximos: para más de dos cables, el área ocupada no debe superar el 40% en tubos y el 45% en canales. Además, el material del tubo influye en la evacuación de calor: el PVC actúa como aislante térmico, mientras que el acero galvanizado o el aluminio favorecen la refrigeración, pero exigen puesta a tierra.

Ejemplo práctico: Cálculo de llenado en tubo de 32 mm

Para tres conductores unipolares de 10 mm² (diámetro exterior aproximado 6 mm cada uno) más un conductor de tierra de 6 mm², la sección total ocupada es 3·π·(3)² + π·(2,4)² ≈ 84,8 + 18,1 = 102,9 mm². El área interior de un tubo de 32 mm (radio interior 14 mm) es 615,8 mm². El porcentaje de llenado = 102,9/615,8 ≈ 16,7%, muy por debajo del 40%. Sin embargo, si añadimos más cables de control, deberemos recalcular.

Factores ambientales extremos (ATEX, intemperie)

En atmósferas potencialmente explosivas (directiva ATEX 2014/34/UE), los sistemas de conducción deben ser estancos y antichispa. Se emplean tubos metálicos roscados con prensaestopas certificados. En exteriores, los materiales han de resistir radiación UV (tubos de poliamida o acero inoxidable) y oscilaciones térmicas (-20 °C a +60 °C).