Introducción: De la teoría a la práctica: cálculo de tamaños de cable que funcionan
La selección de cables para paneles de control industrial requiere más que la comprensión de los principios de reducción de potencia; exige cálculos matemáticos precisos que tengan en cuenta la ampacidad, la caída de tensión y las limitaciones de espacio físico. Si bien los factores de reducción de potencia por temperatura y agrupación establecen los límites térmicos (cubiertos exhaustivamente en nuestro Guía maestra de reducción de potencia eléctrica), esta guía se centra en los fórmulas prácticas y cálculos de capacidad de canalización que transforman esos principios en selecciones de cables del mundo real.
Para los fabricantes de paneles y los electricistas industriales que trabajan para IEC 60204-1 estándares, tres cálculos críticos determinan el éxito del dimensionamiento del cable:
- Cálculos de ampacidad con factores de corrección combinados
- Fórmulas de caída de tensión para circuitos de CA y CC
- Capacidad de llenado de canalizaciones basado en la geometría del cable
En VIOX Eléctrico, fabricamos de grado industrial interruptores de circuito, contactores, y componentes de control para entornos de panel exigentes. Esta guía proporciona las metodologías de cálculo, las fórmulas y las tablas de capacidad de canalización necesarias para dimensionar los cables correctamente de acuerdo con la norma IEC 60204-1.
Comprensión del marco de dimensionamiento de cables IEC 60204-1
IEC 60204-1:2016 (Seguridad de las máquinas - Equipo eléctrico de las máquinas - Parte 1: Requisitos generales) establece el marco de cálculo para los equipos eléctricos montados en la máquina. A diferencia de los códigos de cableado de edificios, esta norma aborda los espacios confinados de los paneles donde los cálculos precisos son esenciales.
El enfoque de cálculo de tres pilares
| Tipo de cálculo | Propósito | Consecuencia del fallo |
|---|---|---|
| Ampacidad (capacidad de conducción de corriente) | Asegura que el cable no se sobrecaliente | Degradación del aislamiento, riesgo de incendio |
| La Caída De Tensión | Mantiene la tensión adecuada en la carga | Mal funcionamiento del equipo, disparos molestos |
| Llenado de canalizaciones | Evita daños mecánicos | Dificultad de instalación, daños en el cable |
Requisitos clave de la norma IEC 60204-1:
- Temperatura de referencia: 40 °C (no 30 °C como los códigos de construcción)
- Tamaños mínimos de cable: 1,5 mm² de potencia, 1,0 mm² de control
- Límites de caída de tensión: Circuitos de control 5%, circuitos de potencia 10%
- Factor de carga continua: 1,25× para cargas que funcionan >3 horas
Para obtener tablas detalladas de factores de reducción de potencia y principios térmicos, consulte nuestro exhaustivo Guía de reducción de potencia eléctrica.
Sección 1: Fórmulas de cálculo de la ampacidad del cable
Fórmula maestra: Cálculo de la ampacidad ajustada
La ecuación fundamental para determinar la capacidad de conducción de corriente segura:
Donde:
- I_z = Ampacidad ajustada (capacidad de conducción de corriente segura después de todas las correcciones)
- I_n = Ampacidad nominal de las tablas estándar en condiciones de referencia (40 °C, circuito único)
- k₁ = Factor de corrección de temperatura
- k₂ = Factor de corrección de agrupación/agrupamiento
- k₃ = Factor de corrección del método de instalación
- k₄ = Factores de corrección adicionales (aislamiento térmico, enterramiento en el suelo, etc.)
Cálculo inverso: Tamaño de cable requerido
Para determinar el tamaño mínimo de cable necesario para una carga determinada:
Donde:
- I_b = Corriente de diseño (corriente de carga × 1,25 para cargas continuas)
- I_n_required = Ampacidad nominal mínima necesaria de las tablas
Luego, seleccione un tamaño de cable donde: I_n (de las tablas) ≥ I_n_requerido
Proceso de Cálculo Paso a Paso
PASO 1: Calcular la Corriente de Diseño
- I_carga = Corriente de carga real (A)
- F_continuo = 1.25 para cargas que operan >3 horas, 1.0 en caso contrario
- F_seguridad = 1.0 a 1.1 (margen de seguridad opcional)
PASO 2: Seleccionar la Capacidad Nominal del Dispositivo de Protección
Elija el estándar interruptor de circuito capacidad nominal que cumpla o exceda la corriente de diseño.
PASO 3: Determinar los Factores de Corrección
Medir o estimar:
- Temperatura interna del panel → k₁ (ver guía de reducción de potencia)
- Número de conductores portadores de corriente → k₂ (ver guía de reducción de potencia)
- Método de instalación → k₃ (típicamente 1.0 para instalaciones de panel)
PASO 4: Calcular la Ampacidad Nominal Requerida
PASO 5: Seleccionar el Cable de las Tablas
Elija el tamaño del conductor donde I_n ≥ I_n_requerido
PASO 6: Verificar la Caída de Tensión (ver Sección 2)
Ejemplo Resuelto 1: Circuito de Motor Trifásico
Dado:
- Motor: 11kW, 400V trifásico, 22A corriente a plena carga
- Temperatura del panel: 50°C
- Instalación: 8 circuitos en canalización común
- Tipo de cable: Cobre XLPE (aislamiento de 90°C)
I_b = 22A × 1.25 = 27.5A
Paso 2: Dispositivo de protección
Seleccionar un interruptor automático de 32A (I_n_dispositivo = 32A)
Paso 3: Factores de corrección
k₁ = 0.87 (50°C, XLPE de las tablas de reducción de potencia)
k₂ = 0.70 (8 circuitos en canalización)
k₃ = 1.00
Paso 4: Ampacidad nominal requerida
I_n_requerido = 32A ÷ (0.87 × 0.70 × 1.00)
I_n_requerido = 32A ÷ 0.609 = 52.5A
Paso 5: Selección del cable
De las tablas IEC 60228: Cobre XLPE de 6mm² = 54A a 40°C
✓ Seleccionar cable de 6mm² (54A > 52.5A requerido)
Ejemplo Resuelto 2: Circuito de Control de CC
Dado:
- Carga: Sistema PLC de 24VDC, 15A continuo
- Temperatura del panel: 55°C
- Instalación: 15 circuitos en conducto de cables
- Tipo de cable: Cobre PVC (aislamiento de 70°C)
I_b = 15A × 1.25 = 18.75A
Paso 2: Dispositivo de protección
Seleccionar un interruptor automático de CC de 20A
Paso 3: Factores de corrección
k₁ = 0.71 (55°C, PVC)
k₂ = 0.60 (15 circuitos)
Paso 4: Ampacidad nominal requerida
I_n_requerido = 20A ÷ (0.71 × 0.60)
I_n_requerido = 20A ÷ 0.426 = 46.9A
Paso 5: Selección del cable
De las tablas: Cobre PVC de 4mm² = 36A (insuficiente)
Probar con 6mm²: 46A (insuficiente)
Probar con 10mm²: 63A a 40°C
✓ Seleccionar cable de 10mm²
Nota: Los circuitos de control de CC a menudo requieren cables más grandes que los de CA debido a los estrictos límites de caída de tensión (ver Sección 2).
Referencia Rápida: Impacto del Factor de Corrección Combinado
| Escenario | Temp | Cables | k₁ | k₂ | Combinado | Impacto de la ampacidad |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ideal | 40°C | 1-3 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 100% (sin reducción) |
| Típico | 50°C | 6 | 0.87 | 0.70 | 0.61 | 61% (reducción de 39%) |
| Denso | 55°C | 12 | 0.79 | 0.60 | 0.47 | 47% (reducción de 53%) |
| Extremo | 60°C | 20 | 0.71 | 0.57 | 0.40 | 40% (reducción de 60%) |
Información crítica: En paneles de control densos, los cables pueden requerir 2-3 veces la ampacidad de la capacidad nominal del dispositivo de protección para lograr un funcionamiento seguro después de la reducción de la capacidad nominal.
Sección 2: Fórmulas de cálculo de la caída de tensión
Si bien la ampacidad asegura que los cables no se sobrecalienten, los cálculos de caída de tensión aseguran que el equipo reciba el voltaje adecuado, lo cual es particularmente crítico para circuitos de control, contactores y relés que funcionan mal con voltaje insuficiente.
Límites de caída de tensión IEC 60204-1
| Tipo de circuito | VD máximo | Aplicación Típica |
|---|---|---|
| Circuitos de control | 5% | PLC, relés, contactores, sensores |
| Circuitos de potencia | 10% | Motores, calentadores, transformadores |
| Circuitos de iluminación | 5% | Iluminación del panel, lámparas indicadoras |
Fórmula de caída de tensión del circuito de CC
Para circuitos de CA de CC y monofásicos (cálculo resistivo simplificado):
Donde:
- VD = Caída de tensión (V)
- L = Longitud del cable de un solo sentido (m)
- Yo = Corriente de carga (A)
- ρ = Resistividad (Ω·mm²/m)
- Cobre a 20°C: 0.0175
- Cobre a 70°C: 0.0209
- Aluminio a 20°C: 0.0278
- Un = Área de la sección transversal del conductor (mm²)
- Factor de 2 tiene en cuenta la corriente que fluye a través de los conductores de alimentación y retorno
Caída de tensión porcentual:
Resistividad ajustada por temperatura
La resistencia del cable aumenta con la temperatura, lo que afecta la caída de tensión:
Donde:
- ρ_T = Resistividad a la temperatura T
- ρ₂₀ = Resistividad a 20°C de referencia
- α = Coeficiente de temperatura
- Cobre: 0.00393 por °C
- Aluminio: 0.00403 por °C
- T = Temperatura de funcionamiento (°C)
Valores comunes de resistividad ajustada por temperatura:
| Material | 20°C | 40°C | 60°C | 70°C | 90°C |
|---|---|---|---|---|---|
| Cobre | 0.0175 | 0.0189 | 0.0202 | 0.0209 | 0.0224 |
| De aluminio | 0.0278 | 0.0300 | 0.0323 | 0.0335 | 0.0359 |
Fórmula de caída de tensión de CA trifásica
Para circuitos trifásicos equilibrados:
Parámetro adicional:
- cos φ = Factor de potencia (típicamente 0.8-0.9 para cargas de motor, 1.0 para resistivas)
Para circuitos con reactancia significativa (cables grandes, tramos largos):
- X_L = Reactancia inductiva (Ω/km, de los datos del fabricante del cable)
- sin φ = √(1 – cos²φ)
Ejemplo práctico 3: Caída de tensión en circuito de control de CC
Dado:
- Sistema: Fuente de alimentación de 24VCC al rack del PLC
- Corriente de carga: 12A continuos
- Longitud del cable: 18 metros (unidireccional)
- Cable: 2.5mm² cobre
- Temperatura de funcionamiento: 60°C
- VD máximo permitido: 5% (1.2V)
ρ₆₀ = 0.0175 × [1 + 0.00393(60 – 20)]
ρ₆₀ = 0.0175 × [1 + 0.1572]
ρ₆₀ = 0.0202 Ω·mm²/m
Paso 2: Caída de tensión
VD = (2 × 18m × 12A × 0.0202) ÷ 2.5mm²
VD = 8.73 ÷ 2.5
VD = 3.49V
Paso 3: Caída porcentual
VD% = (3.49V ÷ 24V) × 100% = 14.5%
Resultado: ✗ FALLA (14.5% > límite de 5%)
Solución: Aumentar el tamaño del cable
VD = 8.73 ÷ 6mm² = 1.46V
VD% = (1.46V ÷ 24V) × 100% = 6.08%
Aún excede el límite de 5%
Probar con 10mm²:
VD = 8.73 ÷ 10mm² = 0.87V
VD% = (0.87V ÷ 24V) × 100% = 3.64%
✓ PASA (3.64% < límite de 5%) Selección final: Cable de 10mm²
Lección crítica: Los circuitos de control de CC con tramos de cable largos a menudo requieren conductores significativamente más grandes de lo que sugieren los cálculos de ampacidad.
Ejemplo práctico 4: Circuito de motor trifásico
Dado:
- Motor: 15kW, 400V trifásico, 30A, cos φ = 0.85
- Longitud del cable: 25 metros
- Cable: 6mm² cobre XLPE
- Temperatura de funcionamiento: 70°C
ρ₇₀ = 0.0209 Ω·mm²/m
Paso 2: Caída de tensión (resistiva simplificada)
VD = (√3 × 25m × 30A × 0.0209 × 0.85) ÷ 6mm²
VD = (1.732 × 25 × 30 × 0.0209 × 0.85) ÷ 6
VD = 23.09 ÷ 6 = 3.85V
Paso 3: Caída porcentual (línea a línea)
VD% = (3.85V ÷ 400V) × 100% = 0.96%
✓ PASA (0.96% < límite de 10%) Tablas de referencia rápida de caída de tensión
Longitud máxima del cable (metros) para una caída de tensión del 5% en circuitos de CC:
24VCC (caída de 1.2V)
| Actual | 48VCC (caída de 2.4V) | (A) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 13.7m | 1,5 mm². | 2,5 mm². | 4mm² | 6 mm². | 1,5 mm². | 2,5 mm². | 4mm² | 6 mm². |
| 5A | 22.9m | 36.6m | 54.9m | 27.4m | 45.7m | 73.1m | 109.7m | 6.9m |
| 10A | 11.4m | 18.3m | 4.6m | 45.7m | 22.9m | 36.6m | 54.9m | 27.4m |
| 15A | 7.6m | 12.2m | 12.2m | 4.6m | 9,1m | 15,2m | 24,4m | 54.9m |
| 20A | 3,4m | 5,7m | 9,1m | 22.9m | 11.4m | 18.3m | 4.6m | 45.7m |
(Basado en cobre a 70°C, ρ = 0,0209 Ω·mm²/m)
Longitud máxima del cable (metros) para una caída de tensión de 10% en circuitos trifásicos de 400V:
| Actual | 2,5 mm². | 4mm² | 6 mm². | 10 mm². | 16 mm². |
|---|---|---|---|---|---|
| 16A | 119m | 190m | 285m | 475m | 760m |
| 25A | 76m | 122m | 182m | 304m | 486m |
| 32A | 59m | 95m | 142m | 237m | 380m |
| 40A | 48m | 76m | 114m | 190m | 304m |
| 63A | 30m | 48m | 72m | 120m | 193m |
(Basado en cobre a 70°C, cos φ = 0,85, cálculo resistivo únicamente)
Caída de tensión en conductores paralelos
Para instalaciones que utilizan múltiples conductores en paralelo por fase:
Donde: n = Número de conductores por fase
Ejemplo: Dos cables de 10mm² en paralelo tienen la misma caída de tensión que un cable de 20mm².
Sección 3: Diámetro exterior del cable y dimensiones físicas
Antes de calcular la capacidad del conducto, debe conocer las dimensiones físicas reales de los cables, no solo el área de la sección transversal del conductor. El diámetro exterior (DE) del cable varía significativamente según el tipo de aislamiento, la tensión nominal y la construcción.
Fórmula del diámetro exterior del cable (aproximada)
Para cables unipolares:
Donde:
- DE = Diámetro exterior total (mm)
- d_conductor = Diámetro del conductor = 2 × √(A/π)
- Un = Área de la sección transversal del conductor (mm²)
- t_aislamiento = Espesor del aislamiento (mm, varía según la tensión y el tipo)
- t_cubierta = Espesor de la cubierta (mm, si está presente)
Diámetros exteriores de cable estándar (IEC 60228)
Cables de cobre unipolares, aislamiento de PVC, 300/500V:
| Tamaño del conductor | Ø del conductor | Espesor del aislamiento | Ø exterior aprox. | Área de Sección Transversal |
|---|---|---|---|---|
| 0,75 mm² | 1,0 mm | 0,8 mm | 3,6 mm | 10,2 mm² |
| 1,0 mm² | 1,1 mm | 0,8 mm | 3,8 mm | 11,3 mm² |
| 1,5 mm² | 1,4 mm | 0,8 mm | 4,1 mm | 13,2 mm² |
| 2,5 mm² | 1,8 mm | 0,8 mm | 4,5 mm | 15,9 mm² |
| 4 mm² | 2,3 mm | 0,8 mm | 5,0 mm | 19,6 mm² |
| 6 mm² | 2,8 mm | 0,8 mm | 5,5 mm | 23,8 mm² |
| 10 mm² | 3,6 mm | 1,0 mm | 6,7 mm | 35,3 mm² |
| 16 mm² | 4,5 mm | 1,0 mm | 7,6 mm | 45,4 mm² |
| 25 mm² | 5,6 mm | 1,2 mm | 9,2 mm | 66,5 mm² |
| 35 mm² | 6,7 mm | 1,2 mm | 10,3 mm | 83,3 mm² |
Cables de cobre unipolar, aislamiento XLPE, 0,6/1kV:
| Tamaño del conductor | Ø exterior aprox. | Área de Sección Transversal |
|---|---|---|
| 1,5 mm² | 4,3 mm | 14,5 mm² |
| 2,5 mm² | 4,8 mm | 18,1 mm² |
| 4 mm² | 5,4 mm | 22,9 mm² |
| 6 mm² | 6,0 mm | 28,3 mm² |
| 10 mm² | 7,3 mm | 41,9 mm² |
| 16 mm² | 8,4 mm | 55,4 mm² |
| 25 mm² | 10,2 mm | 81,7 mm² |
| 35 mm² | 11,5 mm | 103,9 mm² |
Cables multipolares (3 polos + PE, PVC, 300/500V):
| Tamaño del conductor | Ø exterior aprox. | Área de Sección Transversal |
|---|---|---|
| 1,5 mm² | 9,5 mm | 70,9 mm² |
| 2,5 mm² | 11,0 mm | 95,0 mm² |
| 4 mm² | 12,5 mm | 122,7 mm² |
| 6 mm² | 14,0 mm | 153,9 mm² |
| 10 mm² | 16,5 mm | 213,8 mm² |
| 16 mm² | 19,0 mm | 283,5 mm² |
Notas importantes:
- Los diámetros reales varían según el fabricante (±5-10%)
- Los cables flexibles tienen un DE mayor que los conductores sólidos
- Los cables armados añaden 2-4 mm al diámetro exterior
- Siempre verifique las dimensiones de las hojas de datos del fabricante para aplicaciones críticas
Cálculo del área de la sección transversal del cable
Para los cálculos de llenado de canalizaciones, necesita el área de la sección transversal (no el área del conductor):
Ejemplo: Conductor de 6 mm² con un diámetro exterior de 5,5 mm
A_cable = π × 2,75² = 23,8 mm²
Requisitos de radio de curvatura
La norma IEC 60204-1 especifica el radio de curvatura mínimo para evitar daños en el conductor:
| Tipo de cable | Radio de curvatura mínimo |
|---|---|
| Unipolar, sin armadura | 4 × DE |
| Multipolar, sin armadura | 6 × DE |
| Cables armados | 8 × DE |
| Cables flexibles/de arrastre | 5 × DE |
Ejemplo: El cable unipolar de 10 mm² (DE = 6,7 mm) requiere un radio de curvatura mínimo de 26,8 mm en las esquinas del canal.
Sección 4: Cálculos de la capacidad de llenado de canales y conductos de cables
Las limitaciones de espacio físico en los paneles de control exigen cálculos precisos de la capacidad del canal. A diferencia de las reglas de llenado de conductos que se centran en la facilidad de instalación, el llenado de canales en los paneles debe equilibrar la eficiencia del espacio con la gestión térmica.
Límites de llenado IEC 60204-1 e IEC 60614-2-2
Porcentajes máximos de llenado para canales cerrados:
| Número de cables | Llenado máximo | Razón fundamental |
|---|---|---|
| 1 cable | 60% | Permite una fácil instalación |
| 2 cables | 53% | Evita que se atasque al tirar |
| 3+ cables | 40% | Límite estándar para múltiples cables |
| Manguitos <600 mm | 60% | Excepción de longitud corta |
Fórmula:
Donde:
- Σ A_cables = Suma de todas las áreas de la sección transversal de los cables (mm²)
- A_canal = Área de la sección transversal interna del canal (mm²)
Tamaños y capacidades estándar de los canales
Canal de PVC de pared sólida (dimensiones internas):
| Tamaño del canal (A×A) | Área interna | Capacidad de llenado al 40% | Capacidad de llenado al 53% |
|---|---|---|---|
| 25 mm × 25 mm | 625 mm² | 250 mm² | 331 mm² |
| 38 mm × 25 mm | 950 mm² | 380 mm² | 504 mm² |
| 50 mm × 25 mm | 1250 mm² | 500 mm² | 663 mm² |
| 50 mm × 38 mm | 1900 mm² | 760 mm² | 1007 mm² |
| 50 mm × 50 mm | 2500 mm² | 1000 mm² | 1325 mm² |
| 75 mm × 50 mm | 3750 mm² | 1500 mm² | 1988 mm² |
| 75 mm × 75 mm | 5625 mm² | 2250 mm² | 2981 mm² |
| 100 mm × 50 mm | 5.000 mm² | 2.000 mm² | 2.650 mm² |
| 100mm × 75mm | 7.500 mm² | 3.000 mm² | 3.975 mm² |
| 100mm × 100mm | 10.000 mm² | 4.000 mm² | 5.300 mm² |
Bandeja de cables ranurada/perforada (ancho efectivo):
| Ancho de la bandeja | Profundidad típica | Cables máximos recomendados | Notas |
|---|---|---|---|
| 50 mm | 25-50mm | Capa única | Solo circuitos de control |
| 100mm | 50-75mm | 10-15 cables | Tamaños mixtos |
| 150 mm | 50-75mm | 20-30 cables | Segregación de potencia + control |
| 200mm | 75-100mm | 40-50 cables | Distribución principal |
| 300mm | 100mm | 60-80 cables | Instalaciones de alta densidad |
Nota: El llenado de la bandeja de cables está típicamente limitado por disposición de una sola capa en lugar del porcentaje de llenado, para mantener la disipación térmica.
Ejemplos de cálculo de llenado de canalizaciones
Ejemplo 1: Tamaños de cable mixtos en canalización de 50mm × 50mm
Cables a instalar:
- 6 × cables de 2,5mm² (DE 4,5mm cada uno)
- 4 × cables de 6mm² (DE 5,5mm cada uno)
- 2 × cables de 10mm² (DE 6,7mm cada uno)
A_2.5 = π × (4.5/2)² = 15.9 mm² por cable
A_6 = π × (5.5/2)² = 23.8 mm² por cable
A_10 = π × (6.7/2)² = 35.3 mm² por cable
Paso 2: Sumar el área total del cable
Σ A_cables = (6 × 15.9) + (4 × 23.8) + (2 × 35.3)
Σ A_cables = 95.4 + 95.2 + 70.6 = 261.2 mm²
Paso 3: Área interna de la canalización
A_canalización = 50mm × 50mm = 2.500 mm²
Paso 4: Calcular el porcentaje de llenado
Llenado = (261.2 ÷ 2.500) × 100 = 10.4%
Resultado: ✓ PASA (10.4% < límite del 40%) Ejemplo 2: Panel de control de alta densidad
20 × cables de 2,5mm² en canalización de 50mm × 25mm
Escenario: Paso 1: Área del cable
Σ A_cables = 20 × 15.9 = 318 mm²
Paso 2: Área de la canalización
A_canalización = 50mm × 25mm = 1.250 mm²
Paso 3: Porcentaje de llenado
Llenado = (318 ÷ 1.250) × 100 = 25.4%
Resultado: ✓ PASA (25.4% < límite del 40%)
Ejemplo 3: Cable sobredimensionado en canalización pequeña < 40% limit)
Example 3: Oversized Cable in Small Trunking
Escenario: 3 × cables de 16mm² (DE 7.6mm) en canalización de 50mm × 38mm
A_cable = π × (7.6/2)² = 45.4 mm² por cable
Σ A_cables = 3 × 45.4 = 136.2 mm²
A_canalización = 50mm × 25mm = 1.250 mm²
A_canalización = 50mm × 38mm = 1,900 mm²
Llenado = (318 ÷ 1.250) × 100 = 25.4%
Relleno = (136.2 ÷ 1,900) × 100 = 7.2%
Resultado: ✓ PASA (7.2% < límite del 40%) Tablas de Cantidad Máxima de Cables
Número máximo de cables en canalización estándar (límite de relleno del 40%):
Canalización de 50mm × 50mm (2,500mm² internos, 1,000mm² de capacidad):
Diámetro Exterior
| Tamaño del cable | Área del Cable | Cantidad Máxima | 4.1mm |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm² | 75 cables | 13,2 mm² | 4.5mm |
| 2,5 mm² | 62 cables | 15,9 mm² | 5.0mm |
| 4 mm² | 51 cables | 19,6 mm² | 42 cables |
| 6 mm² | 5,5 mm | 23,8 mm² | 6.7mm |
| 10 mm² | 28 cables | 35,3 mm² | 7.6mm |
| 16 mm² | 22 cables | 45,4 mm² | Canalización de 100mm × 100mm (10,000mm² internos, 4,000mm² de capacidad): |
303 cables
| Tamaño del cable | 4.1mm |
|---|---|
| 1,5 mm² | 251 cables |
| 2,5 mm² | 204 cables |
| 4 mm² | 168 cables |
| 6 mm² | 113 cables |
| 10 mm² | 88 cables |
| 16 mm² | 60 cables |
| 25 mm² | Nota práctica: |
Estos son máximos teóricos. Las instalaciones reales deben apuntar a 60-70% del máximo para permitir: Flexibilidad en el enrutamiento de cables
- Adiciones futuras
- Requisitos de Segregación en Canalización
- Acceso de mantenimiento
- Mano de obra de instalación reducida
IEC 60204-1 requiere segregación entre tipos de circuitos para prevenir interferencias y garantizar la seguridad:
Separación de Circuitos
| Potencia (>50V) vs. Control (<50V) | Requisito mínimo | La aplicación |
|---|---|---|
| Barrera física o canalización separada | Use canalización dividida o conductos separados | Circuitos AC vs. DC |
| Separación recomendada | Canalización separada preferida | Apantallado vs. no apantallado |
| Sin requisito específico | Agrupe los cables apantallados | Alta frecuencia (VFD) vs. analógico |
| Separación mínima de 200mm | Canalización separada obligatoria | Ejemplo de canalización dividida: |
┌─────────────────────────────┐
├─────────────────────────────┤ ← Divisor sólido
│ Circuitos de Control (
Cálculo de Capa de Bandeja de Cables<50V) │ ← 40% of trunking width └─────────────────────────────┘
Para bandejas de cables perforadas, calcule el máximo de cables por capa:
N_max = (W_bandeja – 2 × holgura) ÷ (DE_cable + espaciamiento)
Donde:
- = Ancho efectivo de la bandeja (mm) holgura
- clearance = Distancia al borde (típicamente 10 mm por lado)
- OD_cable = Diámetro exterior del cable (mm)
- espaciamiento = Espaciamiento mínimo entre cables (típicamente 5 mm)
Ejemplo: Bandeja de 100 mm de ancho con cables de 6 mm² (OD 5.5 mm)
N_max = 80 mm ÷ 10.5 mm = 7.6
→ Máximo 7 cables por capa
Sección 5: Metodología de dimensionamiento integrado: combinación de todos los cálculos
El dimensionamiento de cables en el mundo real requiere la consideración simultánea de la ampacidad, la caída de tensión y la capacidad del canal. Esta sección proporciona ejemplos integrados que demuestran el flujo de trabajo de cálculo completo.
Flujo de trabajo de cálculo integral
↓
2. Aplicar factores de reducción → Ampacidad requerida (I_n_required)
↓
3. Seleccionar el tamaño de cable preliminar (de la ampacidad)
↓
4. Calcular la caída de tensión con el tamaño seleccionado
↓
5. Si VD > límite: Aumentar el tamaño del cable, volver al paso 4
↓
6. Calcular el llenado del canal con los tamaños de cable finales
↓
7. Si el llenado > límite: Aumentar el tamaño del canal o redistribuir los cables
↓
8. Documentar la selección final
Ejemplo resuelto 5: Diseño completo del panel
Escenario: Panel de control industrial con múltiples circuitos
Circuitos:
- Circuito A: motor de 15 kW, 30 A, tramo de cable de 20 m
- Circuito B: motor de 7.5 kW, 16 A, tramo de cable de 15 m
- Circuito C: fuente de alimentación de 24 VCC, 20 A, tramo de cable de 25 m
- Circuito D: 10 relés de control, 5 A en total, tramo de cable de 10 m
Condiciones del panel:
- Temperatura interna: 55°C
- Todos los circuitos en canal común de 75 mm × 50 mm
- Tensión: 400 V trifásica (A, B), 24 VCC (C, D)
- Tipo de cable: Cobre XLPE para alimentación, PVC para control
Cálculo del circuito A (motor de 15 kW):
I_b = 30 A × 1.25 = 37.5 A
Paso 2: Dispositivo de protección
Seleccionar MCCB de 40 A
Paso 3: Reducción (inicialmente 4 circuitos en total)
k₁ = 0.79 (55 °C, XLPE)
k₂ = 0.70 (4-6 circuitos estimados)
I_n_required = 40 A ÷ (0.79 × 0.70) = 72.3 A
Paso 4: Selección preliminar del cable
XLPE de 10 mm² con una capacidad nominal de 75 A → Seleccionar 10 mm²
Paso 5: Comprobación de la caída de tensión
VD = (√3 × 20 m × 30 A × 0.0209 × 0.85) ÷ 10 mm²
VD = 15.4 ÷ 10 = 1.54 V = 0.39 % ✓ OK
Final: Circuito A = XLPE de 10 mm² (OD 7.3 mm)
Cálculo del circuito B (motor de 7.5 kW):
Seleccionar MCCB de 25 A
I_n_required = 25 A ÷ (0.79 × 0.70) = 45.2 A
Seleccionar XLPE de 6 mm² (capacidad nominal de 54 A)
Caída de voltaje:
VD = (√3 × 15 m × 16 A × 0.0209 × 0.85) ÷ 6 mm²
VD = 6.2 ÷ 6 = 1.03 V = 0.26 % ✓ OK
Final: Circuito B = XLPE de 6 mm² (OD 6.0 mm)
Cálculo del circuito C (alimentación de 24 VCC):
Seleccionar disyuntor de CC de 32 A
k₁ = 0.71 (55°C, PVC)
k₂ = 0.70
I_n_required = 32 A ÷ (0.71 × 0.70) = 64.4 A
Probar PVC de 10 mm² (capacidad nominal de 63 A) – insuficiente
Seleccionar PVC de 16 mm² (capacidad nominal de 85 A) ✓
Caída de tensión (crítica para CC):
VD = (2 × 25 m × 20 A × 0.0209) ÷ 16 mm²
VD = 20.9 ÷ 16 = 1.31 V = 5.45 % ✗ SUPERA EL 5 %
Aumentar a 25 mm²:
VD = 20.9 ÷ 25 = 0.84V = 3.48% ✓ OK
Final: Circuito C = 25mm² PVC (DE 9.2mm)
Cálculo del Circuito D (Relés de Control):
Seleccionar MCB de 10A
I_n_requerido = 10A ÷ (0.71 × 0.70) = 20.1A
Seleccionar PVC de 1.5mm² (nominal 19.5A) – marginal
Seleccionar PVC de 2.5mm² (nominal 27A) ✓
Caída de voltaje:
VD = (2 × 10m × 5A × 0.0209) ÷ 2.5mm²
VD = 2.09 ÷ 2.5 = 0.84V = 3.48% ✓ OK
Final: Circuito D = 2.5mm² PVC (DE 4.5mm)
Verificación del Llenado del Canal:
Límite de llenado del 40% = 1,500 mm² de capacidad
Áreas de los cables:
Circuito A: 1× 10mm² XLPE (DE 7.3mm) = 41.9 mm²
Circuito B: 1× 6mm² XLPE (DE 6.0mm) = 28.3 mm²
Circuito C: 1× 25mm² PVC (DE 9.2mm) = 66.5 mm²
Circuito D: 1× 2.5mm² PVC (DE 4.5mm) = 15.9 mm²
Nota: Los circuitos trifásicos requieren 3 conductores + PE
Circuito A: 4 cables × 41.9 = 167.6 mm²
Circuito B: 4 cables × 28.3 = 113.2 mm²
Circuito C: 2 cables × 66.5 = 133.0 mm² (CC: +/- solamente)
Circuito D: 2 cables × 15.9 = 31.8 mm²
Total: 167.6 + 113.2 + 133.0 + 31.8 = 445.6 mm²
Llenado = (445.6 ÷ 3,750) × 100% = 11.9%
✓ PASA (11.9% < límite del 40%) Matriz de Decisión: Cuándo Domina Cada Factor
Factor Dominante
| Escenarios Típicos | Enfoque de Solución | Alta corriente, tramos cortos, paneles calientes |
|---|---|---|
| Amperaje | Centrarse en la reducción de potencia, considerar el aislamiento XLPE | CC de bajo voltaje, tramos de cable largos, equipos de precisión |
| La Caída De Tensión | Aumentar significativamente el tamaño más allá de los requisitos de ampacidad | Alta densidad de circuitos, paneles pequeños, canalización preexistente |
| Llenado de canalizaciones | Usar cables más pequeños donde sea posible, agregar canalización | Los Tres |
| Paneles industriales complejos | Cálculo iterativo, puede requerir el rediseño del panel | Errores de Cálculo Comunes y Soluciones |
Usar temperatura base de 30°C
| Error | Consecuencia | Prevención |
|---|---|---|
| Los cables de tamaño insuficiente se sobrecalientan | Siempre usar 40°C para IEC 60204-1 | Ignorar la caída de tensión en circuitos de CC |
| Calcular VD por separado para todos los circuitos de CC | Mal funcionamiento del equipo | Contar PE como portador de corriente |
| Reducción de potencia por agrupamiento demasiado conservadora | Excluir PE y neutros equilibrados | Usar el área del conductor para el llenado del canal |
| Sobrellenado masivo | Usar el diámetro exterior del cable, no el tamaño del conductor | Olvidar el factor de carga continua |
| Disparos intempestivos del interruptor | Aplicar 1.25× a todas las cargas >3 horas | Mezclar tipos de cable en los cálculos |
| Resultados inconsistentes | Verificar el tipo de aislamiento para cada circuito | Fig 6. Diagrama de flujo de trabajo integrado de dimensionamiento de cables que muestra los cálculos simultáneos de ampacidad, caída de tensión y capacidad de canalización. |
Referencia Rápida de Ampacidad de Cables (Cobre, Referencia de 40°C)
PVC 70°C
| Talla | XLPE 90°C | XLPE 90°C | Aplicación Típica |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm² | 19.5A | 24A | Circuitos de control, luces piloto |
| 2,5 mm² | 27A | 33A | Bobinas de relé, contactores pequeños |
| 4 mm² | 36A | 45A | Contactores medianos, motores pequeños |
| 6 mm² | 46A | 54A | Control de VFD, motores trifásicos de hasta 5.5kW |
| 10 mm² | 63A | 75A | Motores de 7.5-11kW, distribución principal |
| 16 mm² | 85A | 101A | Motores de 15-18.5kW, alimentadores de alta corriente |
| 25 mm² | 112A | 133A | Motores de 22-30kW, suministro principal del panel |
| 35 mm² | 138A | 164A | Motores grandes, distribución de alta potencia |
Nota: Estos son valores base a 40°C con circuito único. Aplique factores de reducción para instalaciones reales.
Calculadora rápida de caída de tensión
Fórmula reorganizada para encontrar la longitud máxima del cable:
Para CC y CA monofásica:
Para CA trifásica:
Ejemplo: Longitud máxima para cable de 2.5mm², carga de 10A, 5% VD en sistema de 24VDC
L_max = (1.2V × 2.5mm²) ÷ (2 × 10A × 0.0209)
L_max = 3.0 ÷ 0.418 = 7.2 metros
Guía de selección de canalizaciones
Paso 1: Calcular el área total de la sección transversal del cable
Paso 2: Determinar el área de canalización requerida
Paso 3: Seleccionar el siguiente tamaño estándar
Ejemplo: Área total del cable = 850 mm²
Tamaños estándar:
– 50mm × 38mm = 1,900 mm² (demasiado pequeño)
– 50mm × 50mm = 2,500 mm² ✓ SELECCIONAR
Referencia de conversión de tamaño de cable
| mm² | Equivalente AWG | Ø típico (mm) | Nombre comercial métrico |
|---|---|---|---|
| 0.75 | 18 AWG | 3.6 | 0.75mm² |
| 1.0 | 17 AWG | 3.8 | 1mm² |
| 1.5 | 15 AWG | 4.1 | 1,5 mm². |
| 2.5 | 13 AWG | 4.5 | 2,5 mm². |
| 4 | 11 AWG | 5.0 | 4mm² |
| 6 | 9 AWG | 5.5 | 6 mm². |
| 10 | 7 AWG | 6.7 | 10 mm². |
| 16 | 5 AWG | 7.6 | 16 mm². |
| 25 | 3 AWG | 9.2 | 25 mm². |
| 35 | 2 AWG | 10.3 | 35 mm |
Para obtener información detallada sobre la conversión de AWG, consulte nuestra Guía de tipos de tamaños de cable.
Tamaños mínimos de cable según IEC 60204-1
| Tipo de circuito | Cobre mínimo | Aluminio mínimo | Notas |
|---|---|---|---|
| Circuitos de potencia | 1,5 mm² | 2,5 mm² | Servicio continuo |
| Circuitos de control | 1,0 mm² | No se recomienda | Relés, contactores |
| Extra baja tensión (<50V) | 0,75 mm² | No permitido | Solo circuitos de señal |
| Puesta a tierra del equipo (PE) | Por dispositivo de protección | Por dispositivo de protección | Se recomienda un mínimo de 2.5mm² |
Puntos Clave
Factores críticos de éxito para el dimensionamiento de cables:
- Utilice la secuencia de cálculo completa: Capacidad → Caída de tensión → Relleno de canalización: nunca omita pasos
- Los circuitos de CC exigen una atención especial: La caída de tensión a menudo domina el dimensionamiento, lo que requiere cables de 2 a 3 tamaños más grandes de lo que sugiere la capacidad de conducción de corriente
- Diámetro exterior del cable ≠ tamaño del conductor: Utilice siempre el diámetro exterior real del cable para los cálculos del canal, no la sección transversal del conductor
- La resistividad ajustada por temperatura importa: Utilice ρ a la temperatura de funcionamiento (normalmente 70 °C), no los valores de referencia de 20 °C
- El llenado del canal 40% es máximo: Apunte al 25-30% para instalaciones prácticas con capacidad de expansión futura
- Segregue los tipos de circuitos: Utilice canales divididos o conductos separados para circuitos de alimentación frente a circuitos de control
- Documente todos los cálculos: Mantenga registros que muestren la corriente de diseño, los factores de reducción de potencia, la caída de tensión y el llenado del canal para futuras modificaciones
- Verifique durante la puesta en marcha: Mida la caída de tensión real y el aumento de temperatura para confirmar las suposiciones de diseño
- El trifásico requiere 4 cables: No olvide el conductor PE al calcular el llenado del canal
- En caso de duda, aumente el tamaño: El cable es barato en comparación con el rediseño del panel o los daños al equipo
Lista de verificación de cálculos:
- [ ] Corriente de diseño calculada con un factor continuo de 1,25×
- [ ] Factores de reducción de potencia aplicados (temperatura + agrupación)
- [ ] Clasificación del dispositivo de protección seleccionada
- [ ] Tamaño del cable elegido de las tablas de capacidad de conducción de corriente
- [ ] Caída de tensión calculada a la temperatura de funcionamiento
- [ ] Diámetro exterior del cable verificado de la hoja de datos
- [ ] Porcentaje de llenado del canal calculado
- [ ] Requisitos de segregación cumplidos
- [ ] Requisitos de radio de curvatura comprobados
- [ ] Capacidad de expansión futura considerada
De VIOX Electric componentes de control industrial están diseñados para entornos de panel exigentes, con bloques de terminales, interruptores de circuitoy contactores clasificados para funcionamiento continuo a temperaturas elevadas. Nuestro equipo de soporte técnico proporciona orientación específica para la aplicación para cálculos complejos de dimensionamiento de cables.
Preguntas Frecuentes
P1: ¿Por qué mis circuitos de control de CC requieren cables mucho más grandes que los circuitos de alimentación de CA de corriente similar?
Los circuitos de CC son muy sensibles a la caída de tensión porque no hay tensión RMS: cada voltio perdido es una reducción directa de la tensión disponible. Una caída del 5% en un sistema de 24 VCC (1,2 V) afecta significativamente el funcionamiento del relé y del contactor, mientras que una caída del 5% en 400 VCA (20 V) apenas es perceptible para la mayoría de los equipos. Además, los circuitos de CC carecen del efecto de “promedio” de las formas de onda de CA, lo que hace que la caída de tensión sea más crítica. Esto a menudo resulta en que los cables de control de CC sean de 2 a 3 tamaños más grandes de lo que sugeriría la capacidad de conducción de corriente por sí sola.
P2: ¿Puedo utilizar el límite de llenado del canal del 40% como objetivo de diseño?
No, el 40% es el máxima llenado permitido, no un objetivo de diseño. Las instalaciones profesionales deben apuntar a llenado del 25-30% Flexibilidad en el enrutamiento de cables
- Adiciones futuras de circuitos sin reemplazo del canal
- Extracción de cables más fácil durante la instalación (costes laborales reducidos)
- Mejor disipación térmica (temperaturas de funcionamiento más bajas)
- Acceso de mantenimiento (capacidad para agregar/quitar cables)
Diseñar para un llenado máximo crea instalaciones inflexibles que requieren modificaciones costosas incluso para cambios menores.
P3: ¿Necesito contar el conductor PE (tierra de protección) al calcular el llenado del canal?
Sí para los cálculos de llenado del canal: los conductores PE ocupan espacio físico independientemente de si transportan corriente. Sin embargo, no para los factores de reducción de potencia por agrupación: los conductores PE no generan calor en condiciones normales de funcionamiento y se excluyen de los cálculos de reducción de potencia térmica. Esta es una fuente común de confusión: PE cuenta para el espacio físico pero no para los cálculos térmicos.
P4: ¿Por qué IEC 60204-1 utiliza una temperatura de referencia de 40 °C en lugar de 30 °C como los códigos de construcción?
Los paneles de control crean espacios confinados con componentes que generan calor (VFD, fuentes de alimentación, transformadores) que funcionan rutinariamente entre 10 y 15 °C por encima de la temperatura ambiente. La referencia de 40 °C refleja las condiciones reales del panel, lo que hace que las selecciones de cables sean más conservadoras y apropiadas para entornos industriales. Si utiliza erróneamente tablas basadas en 30 °C (como IEC 60364), reducirá el tamaño de los cables y correrá el riesgo de fallos térmicos.
P5: ¿Cómo manejo los cables que están parcialmente en el canal y parcialmente al aire libre?
Aplique el condición más restrictiva para toda la tirada del cable. Si el 80% de un cable está al aire libre pero el 20% pasa a través de un canal densamente empaquetado, todo el circuito debe dimensionarse para los factores de reducción de potencia de la sección del canal. El segmento del canal crea un “cuello de botella” térmico que limita la capacidad de todo el cable. La ingeniería conservadora siempre utiliza las peores condiciones para las rutas de cable completas.
P6: ¿Puedo mezclar diferentes tipos de cables (PVC y XLPE) en el mismo canal?
Sí, pero aplique factores de reducción de potencia apropiados a cada tipo de cable individualmente. Los cables de PVC (clasificación de 70 °C) requieren una reducción de potencia por temperatura más agresiva que los XLPE (clasificación de 90 °C) en el mismo entorno. Para los cálculos de llenado del canal, simplemente sume los diámetros exteriores independientemente del tipo de aislamiento. Sin embargo, para aplicaciones de control de motores que requieren alta fiabilidad, el uso de tipos de cable consistentes simplifica los cálculos y reduce los errores.
P7: ¿Cuál es la diferencia entre el área de la sección transversal del cable y el área de la sección transversal del conductor?
Área de la sección transversal del conductor (por ejemplo, 6 mm²) se refiere al conductor de cobre/aluminio en sí y determina la capacidad de conducción de corriente. Área de la sección transversal del cable se refiere a todo el cable, incluido el aislamiento y la cubierta, calculado a partir del diámetro exterior: A = π × (OD/2)². Por ejemplo:
- Conductor de 6 mm² = área del conductor de 6 mm²
- Mismo cable con 5,5 mm OD = área del cable de 23,8 mm²
Utilice siempre área del cable para el llenado de canalizaciones, área del conductor para los cálculos de ampacidad.
P8: ¿Cómo calculo el llenado de canalizaciones cuando los cables tienen diferentes formas (redondos vs. planos)?
Para cables redondos, utilice la fórmula del área circular: A = π × (OD/2)². Para cables planos/cinta, utilice el área rectangular: A = ancho × grosor. Para formas irregulares, utilice el “diámetro circular equivalente” especificado por el fabricante o mida el rectángulo delimitador del cable (ancho × alto) y utilícelo como una estimación conservadora. Cuando mezcle formas, sume todas las áreas individuales y compare con la capacidad de la canalización.
P9: ¿Los cables flexibles requieren cálculos diferentes a los cables de instalación fija?
Amperaje: Los cables flexibles suelen tener una ampacidad un 10-15% menor que los conductores sólidos del mismo tamaño debido al aumento de la resistencia por el trenzado. Aplique un factor de reducción adicional de 0,85-0,90.
Llenado de canalizaciones: Los cables flexibles tienen diámetros exteriores más grandes (más capas de aislamiento para mayor flexibilidad), así que verifique el OD real en las hojas de datos.
Radio de curvatura: Los cables flexibles requieren un radio de curvatura mínimo de 5× OD frente a 4× OD para cables sólidos.
Para sistemas de festón y maquinaria móvil, siempre especifique explícitamente las clasificaciones de los cables flexibles.
P10: ¿Cómo dimensiono los cables para circuitos con altas corrientes de arranque como los motores?
Dimensione los cables basándose en la corriente de funcionamiento a plena carga (no la corriente de arranque), aplicando los factores de reducción apropiados. El dispositivo de protección (arrancador de motor o interruptor automático) maneja los transitorios de arranque a corto plazo. Sin embargo, verifique la caída de tensión durante el arranque para asegurarse de que no cause:
- Desconexión del contactor (la caída de tensión desconecta la bobina de retención)
- Disparos molestos de equipos sensibles al voltaje
- Tiempo de arranque excesivo
Si la caída de tensión de arranque supera el 15-20%, considere aumentar el tamaño de los cables más allá de los requisitos de ampacidad o utilizar un control de arranque suave/VFD.
Conclusión: Precisión a través del cálculo sistemático
El dimensionamiento preciso de los cables para paneles de control industrial exige la aplicación rigurosa de tres cálculos interconectados: ampacidad con factores de reducción, caída de tensión a la temperatura de funcionamientoy llenado de canalizaciones basado en las dimensiones reales del cable. Si bien los principios de reducción establecen los límites térmicos (detallados en nuestro guía completa de reducción de potencia), las fórmulas y metodologías de esta guía transforman esos principios en selecciones de cables precisas que cumplen con los requisitos de la norma IEC 60204-1.
Mejores prácticas de instalación profesional:
- Calcule sistemáticamente: Siga el flujo de trabajo completo: nunca omita las comprobaciones de caída de tensión o llenado de canalizaciones
- Utilice dimensiones reales: Verifique los diámetros exteriores de los cables en las hojas de datos del fabricante, no en suposiciones
- Diseñe para la expansión: Apunte a un llenado de canalizaciones del 25-30%, no al máximo del 40%
- Documente minuciosamente: Mantenga registros de cálculo para futuras modificaciones
- Verifique durante la puesta en marcha: Mida la caída de tensión y el aumento de temperatura para confirmar las suposiciones de diseño
- Segregue los tipos de circuitos: Utilice canales divididos o conductos separados para circuitos de alimentación frente a circuitos de control
Cuando la precisión del cálculo importa:
La diferencia entre un dimensionamiento de cable adecuado e inadecuado a menudo se reduce a la aplicación metódica de fórmulas, particularmente para circuitos de control de CC donde domina la caída de tensión, y paneles de alta densidad donde la capacidad de la canalización limita la flexibilidad del diseño. Los ejemplos a lo largo de esta guía demuestran que las instalaciones del mundo real con frecuencia requieren cables de 2 a 3 tamaños más grandes que las estimaciones iniciales, lo que hace que el cálculo sistemático sea esencial para la seguridad, la confiabilidad y el rendimiento a largo plazo.
La línea completa de VIOX Electric de dispositivos industriales de protección de circuitos y componentes de control están diseñados para entornos de panel exigentes. Nuestro equipo de soporte técnico proporciona orientación específica para la aplicación para cálculos complejos de dimensionamiento de cables y diseños de paneles en todo el mundo.
Para obtener asesoramiento técnico sobre su próximo proyecto de panel de control, póngase en contacto con el equipo de ingeniería de VIOX Electric o explore nuestras soluciones eléctricas industriales completas.
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- Guía maestra de reducción de potencia eléctrica: factores de temperatura, altitud y agrupamiento
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