Dimensionamiento y selección de los Cables

Uno de los aspectos más importantes del diseño y construcción de cualquier parte del sistema eléctrico de un vehículo es determinar el tamaño y tipo de cable correctos para usar en cada circuito. Un tamaño de cable demasiado pequeño y correrá el riesgo de generar calor en el cable, demasiado grande desperdiciarás dinero en cobre que no necesitas. Además, ¿qué tipo debe usar: cobre liso o estañado, aislamiento estándar de PVC o aislamiento de pared delgada ? El siguiente artículo te dará una idea de cómo se especifica el cable eléctrico y te ayudará a elegir el adecuado para tu aplicación.

Construcción del cable

Habrás notado que el cable utilizado en los sistemas eléctricos del vehículo es muy flexible en contraste con el cable que encontrarás en las paredes de tu hogar, que es más rígido. La razón de esto es que el cobre, aunque es bastante dúctil, es susceptible al endurecimiento cuando está sujeto a vibraciones y golpes mecánicos, como se experimenta cuando se instala en un vehículo. Este endurecimiento hace que el metal se vuelva más frágil, lo que podría, durante un largo período de tiempo, hacer que un conductor rígido y sólido se agriete y falle.

Este problema se supera fabricando el núcleo a partir de muchos hilos de alambre de cobre de diámetro muy pequeño para formar el área de sección transversal deseada. Este tipo de cable es (como era de esperar) conocido como cable ‘trenzado’ y proporciona mucha más flexibilidad, lo que significa una mayor resistencia al endurecimiento del trabajo, lo que lo hace más adecuado para su uso en vehículos. Hay que tener mucho cuidado al quitar el aislamiento de un cable trenzado de no romper accidentalmente ninguno de los hilos de cobre. Esto reducirá el área total de la sección transversal del conductor en ese punto y, en consecuencia, también reducirá la capacidad de carga de corriente del cable. Lo mismo se aplica al crimpar el cable a un terminal : asegúrate de que todos los hilos estén contenidos dentro del crimpado o la capacidad de carga de corriente se reducirá.

Especificaciones de un cable

Los cables generalmente se especifican utilizando las siguientes propiedades:

Sección del cable

Expresado en mm² y describe el total del área de la sección transversal del conductor de cobre. A veces verás el cable descrito como cable de 1 mm o 2 mm sin el signo ², pero es importante tener en cuenta que esto no significa el diámetro del cable. 

Esto a menudo puede generar confusión, así que solo recuerda que la especificación principal para un cable será el área de la sección transversal de su conductor y que nunca se hará referencia al cable solo por su diámetro.

Corriente nominal o Amperaje

Expresado en amperios (amperios o A) y es la corriente máxima continua o de “trabajo” que el cable puede transportar de forma segura.
Esta medida no está nunca impresa en el propio cable, pero está relacionada con la sección del cable. Tu proveedor de cable es el que tiene que informarte o proporcionarte una tabla de equivalencias de amperaje.

Resistencia

Esta es la resistencia del conductor expresada en ohmios Ω por metro y es importante al determinar la caída de voltaje. Hablamos más abajo de este tema.

Las especificaciones adicionales pueden incluir un rango de temperatura de trabajo y resistencia a ciertos químicos como ácidos, combustibles, aceites, etc.

Proceso para seleccionar el cable ideal en una instalación

Los siguientes son algunos puntos que debes considerar al seleccionar el cable para una aplicación en particular:

Capacidad de carga actual

(Amperios que circularan por el cable)

Cada componente o dispositivo conectado a un circuito tendrá un consumo de corriente asociado con su funcionamiento y es importante que el cable que suministre energía a ellos sea capaz de transportar la corriente normalmente esperada, más un margen de seguridad. Si no es capaz, es probable que el cable se caliente y se incendie. Aunque se usan fusibles en el circuito para proteger el cable, el cable en sí debe tener una clasificación adecuada para evitar que este sobrecalentamiento ocurra en circunstancias normales.

Si no lo has hecho ya, puede que le resulte útil leer nuestro  artículo sobre los conceptos básicos de electricidad para utilizar la fórmula I = P / V donde se proporciona el siguiente ejemplo:

Si quisiéramos conectar una luz que sabemos que tiene una potencia nominal de 50W, entonces usando I = P / V el consumo de corriente sería de 50W / 12V = 4.17A. Esto le indica que puede usar un cable con una clasificación de 4.17A o superior, sin embargo, es una buena práctica no diseñar un circuito que funcione en el extremo superior de la clasificación del cable, por lo que debe seleccionar un cable con alguna capacidad adicional. En este caso , sería apropiado un cable de 0,5 mm² (11A) .

Caída de voltaje o tensión

También hemos hablado ya de las caídas de tensión o voltaje en el artículo de conceptos básicos de electricidad pero repasaremos el tema aquí por la importancia que tiene.

Todos los elementos de un circuito eléctrico tienen resistencia, incluido el cable eléctrico, lo que significa que habrá pérdida de energía en forma de caída de voltaje a lo largo del cable. Al igual que una bombilla convierte la energía eléctrica en calor y luz debido a su resistencia, e induce una caída de voltaje, un conductor de cobre tiene resistencia y convertirá parte de la energía que conduce, causando una caída de voltaje de la misma manera. La diferencia es que la caída de voltaje a través de una bombilla (u otra carga) es útil, ya que eso es lo que lo hace funcionar, pero la caída de voltaje a lo largo del cable y otras partes pasivas de un circuito no es deseable, ya que no es una conversión útil de energía.

En sistemas de 12v , la longitud del cable puede tener un impacto significativo en la caída de tensión. Incluso un tendido de cable de unos pocos metros para cables de sección pequeña puede producir caídas de voltaje significativas y este problema se demuestra bien en algunos vehículos donde los faros no son tan brillantes como podrían ser. 
Si verificas el voltaje en los conectores de la bombilla, es posible que las bombillas no reciban una tensión de 12V completa del circuito debido a que el tamaño del conductor es demasiado pequeño para la longitud del cable. Algunos propietarios optan por mejorar instalación de faros mediante el uso de un cable con un conductor más grande en una distancia más corta que permite que el circuito proporcione voltaje completo a las bombillas, a menudo con mejoras muy significativas en el brillo de la iluminación.

Entonces, queremos seleccionar un cable para asegurarnos de que la caída de voltaje no sea tan grande que pueda causar problemas, pero ¿qué es aceptable y cómo calculamos el tamaño de cable correcto para usar? 

Bueno, la caída de voltaje generalmente aceptable para los circuitos de CC es de alrededor del 3-4% y podemos usar V = IR para calcular la caída de voltaje de un cable si conocemos el consumo de  corriente de la carga y la resistencia del cable por metro.

Ejemplo

Usando el ejemplo anterior de una luz de 50W, ahora sabemos que consume 4.17A, así que si tuviéramos que usar un cable de 0.5mm² que tiene una resistencia de 0.037  Ω / metro y su longitud total desde la batería positiva de nuevo a la negativa de la batería es de 5m, entonces la caída de voltaje sería:

V _caída = IR = 4.17A x (5m x 0.03 7  Ω  / m) = 0.7 7V o  6.4%

Esto muestra que, aunque el cable de 0,5 mm² está bien para el consumo de corriente esperado de la luz, no está bien para la longitud del cable ya que la caída es superior al 3%.

Entonces, ¿qué pasa con el cable de 1.5 mm² con una resistencia de 0.013  Ω  / m?

V _caída = IR = 4.17A x (5m x 0.0 13  Ω  / m) = 0. 2 7V o  2.3%

Esto muestra que el cable de 1,5 mm² (con una clasificación actual de 14 A) será adecuado para la longitud del cable ya que la caída es muy inferior al 3%

Existe una regla general que dice que si no estás seguro de si la sección del cable es lo suficientemente grande para el trabajo, aumenta de tamaño. Esto es un poco loco y no muy científico, pero no es una mala regla para aplicar, ya que aumentar el tamaño del cable no puede hacer daño.

Es importante tener en cuenta que la caída de voltaje ocurre no solo a lo largo del cable positivo sino también a lo largo del cable de retorno negativo.  En la práctica, la longitud del cable de retorno puede ser mucho más corta, ya que puede estar conectada a tierra en un punto cercano del chasis (al menos en los vehículos), por lo que el resto de la distancia de regreso al negativo de la batería debería tener una resistencia extremadamente baja en relación con un cable.

La caída de voltaje también puede ser causada por altas temperaturas, aunque en menor grado que la longitud del cable, porque a medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia y viceversa. En los sistemas de alta tensión, la caída de tensión no es un problema, que es una de las razones por las cuales los cables eléctricos que corren muchos km funcionan a cientos de KV. La otra razón es que se puede entregar la misma potencia a un voltaje más alto pero con una corriente más baja, lo que significa que se puede usar un cable más pequeño y menos costoso.

Cable de pared delgada FLRY vs Cable eléctrico de PVC estándar

Los cables especialmente diseñados para instalaciones en automoción como los cables FLRY-B en los que la pared delgada se refiere al grosor relativamente reducido del aislamiento en comparación con el aislamiento de PVC estándar. El aislamiento en el cable FLRY es un PVC de grado más duro con mejores propiedades de aislamiento eléctrico para un espesor dado y tiene varias ventajas sobre el cable de PVC estándar.

En primer lugar, es más liviano, lo que significa que puede haber un ahorro de peso significativo en los arneses o mazos de cableado grandes y este es uno de los principales impulsores detrás de él, ya que casi todos los fabricantes de vehículos han adoptado sus sistemas eléctricos.

En segundo lugar, tiene un mayor rango de temperatura de trabajo con un máximo de alrededor de 105ºC en comparación con alrededor de 70ºC para el PVC estándar. Esto lo hace más adecuado para usar en áreas cercanas al motor.

En tercer lugar, el grado más duro de PVC es más resistente a la abrasión y al corte que el PVC estándar, ofreciendo más protección y mayor confiabilidad.

El único inconveniente del cable de pared delgada es que el aislamiento es menos flexible que el PVC estándar. Esto generalmente no es un problema con cables de menor tamaño, pero para tamaños más grandes, como los cables de batería si sería un problema.

Resumen:

Entonces, al seleccionar tu cable, debes asegurarse de que:

• Tiene suficiente corriente nominal (amperios que soporta según su sección) para la carga esperada en el circuito, incluido un margen de seguridad .
• La longitud prevista del cable no causará una caída de voltaje de más del 3% aproximadamente.
• Las propiedades del material son apropiadas para la aplicación.

¡Haz esto bien y puedes estar seguro de que tu cable es adecuado para el trabajo!

Amperios que soporta un cable según su Sección

Como ya hemos visto antes, según la sección en mm2 de un cable, este permitirá la circulación de la carga libremente.

En esta tabla puedes ver y reconocer las secciones de cable más comunes y el amperaje que puede circular como máximo por este.

Puedes descargarte esta tabla para imprimirla y tenerla en un lugar visible en tu taller y seguro que te servirá para la consulta rápida de las secciones de cable a utilizar en tus instalaciones.

Esto es todo por hoy, como siempre puedes dejar tus comentarios o consultas y estaremos encantados de poder ayudarte en lo que sea.