Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC

La disipación térmica en cables eléctricos es crucial para la seguridad y eficiencia en instalaciones eléctricas industriales. Calcularla correctamente evita sobrecalentamientos, fallas y prolonga la vida útil de los conductores.

La “Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC” permite estimar la generación y evacuación de calor según la normativa internacional, considerando variables clave y condiciones reales de instalación.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC

• Calcular disipación térmica para un cable de cobre de 50 mm², 3 fases, 40 A, temperatura ambiente 30°C.
• ¿Cuál es la disipación térmica en un cable de aluminio de 120 mm², enterrado, 70 A, 25°C?
• Determinar la disipación térmica para un cable de 10 mm², PVC, 20 A, en bandeja, 40°C.
• Calcular disipación térmica en un cable de cobre de 240 mm², 100 A, canalización, 35°C, según IEC 60287.

Tabla de valores comunes para la Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC

Fórmulas para la Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC

La disipación térmica en cables eléctricos se calcula principalmente a partir de la potencia disipada por efecto Joule, considerando la resistencia del conductor y la corriente que circula por él. La normativa IEC 60287 establece el método estándar para este cálculo.

• Fórmula básica de disipación térmica (potencia disipada por efecto Joule):
  P_J = I² × R
  • P_J: Potencia disipada por efecto Joule (W)
  • I: Corriente que circula por el cable (A)
  • R: Resistencia del conductor (Ω)
• Resistencia del conductor a temperatura de operación:
  R_θ = R₂₀ × [1 + α × (θ – 20)]
  • R_θ: Resistencia a la temperatura de operación (Ω/km)
  • R₂₀: Resistencia a 20°C (Ω/km)
  • α: Coeficiente de temperatura del material (1/°C), típicamente 0.00393 para cobre y 0.00403 para aluminio
  • θ: Temperatura de operación del conductor (°C)
• Disipación térmica por unidad de longitud:
  P_J,m = I² × R_θ / 1000
  • P_J,m: Potencia disipada por metro de cable (W/m)
  • I: Corriente (A)
  • R_θ: Resistencia a la temperatura de operación (Ω/km)
• Balance térmico según IEC 60287:
  θ_c = θ_a + (P_J,m + P_dielectrico + P_{corrientes parásitas}) × R_térmica
  • θ_c: Temperatura del conductor (°C)
  • θ_a: Temperatura ambiente (°C)
  • P_J,m: Potencia disipada por metro (W/m)
  • P_dielectrico: Pérdidas en el aislamiento (W/m), generalmente despreciables en baja tensión
  • P_{corrientes parásitas}: Pérdidas por corrientes parásitas (W/m), relevantes en cables de gran sección o alta frecuencia
  • R_térmica: Resistencia térmica total entre el conductor y el ambiente (K·m/W)

Valores comunes de variables:

• Corriente (I): 10 A a 500 A según la sección y aplicación.
• Resistencia (R₂₀): 0.0178 Ω·mm²/m para cobre, 0.0282 Ω·mm²/m para aluminio.
• Coeficiente de temperatura (α): 0.00393 (cobre), 0.00403 (aluminio).
• Temperatura ambiente (θ_a): 25°C a 40°C en la mayoría de instalaciones.
• Resistencia térmica (R_térmica): 0.1 a 0.5 K·m/W según tipo de instalación (bandeja, enterrado, canalización).

Ejemplos de aplicación real de la Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC

A continuación, se presentan dos casos prácticos desarrollados paso a paso, aplicando las fórmulas y criterios de la IEC 60287.

Caso 1: Cable de cobre de 50 mm² en canalización, 100 A, temperatura ambiente 30°C

• Datos:
  • Sección: 50 mm²
  • Material: Cobre
  • Corriente: 100 A
  • Temperatura ambiente: 30°C
  • Resistencia a 20°C (R₂₀): 0.387 Ω/km
  • Coeficiente de temperatura (α): 0.00393
  • Temperatura de operación estimada: 70°C
  • Resistencia térmica (R_térmica): 0.2 K·m/W
• 1. Calcular la resistencia a 70°C:
  R₇₀ = 0.387 × [1 + 0.00393 × (70 – 20)] = 0.387 × [1 + 0.1965] = 0.387 × 1.1965 = 0.463 Ω/km
• 2. Calcular la potencia disipada por metro:
  P_J,m = 100² × 0.463 / 1000 = 10,000 × 0.463 / 1000 = 4.63 W/m
• 3. Calcular el incremento de temperatura por disipación térmica:
  Δθ = P_J,m × R_térmica = 4.63 × 0.2 = 0.926°C
• 4. Temperatura final del conductor:
  θ_c = 30 + 0.926 = 30.93°C

En este caso, la disipación térmica es de 4.63 W/m y el incremento de temperatura es bajo, lo que indica una instalación segura.

Caso 2: Cable de aluminio de 120 mm² enterrado, 135 A, temperatura ambiente 25°C

• Datos:
  • Sección: 120 mm²
  • Material: Aluminio
  • Corriente: 135 A
  • Temperatura ambiente: 25°C
  • Resistencia a 20°C (R₂₀): 0.253 Ω/km
  • Coeficiente de temperatura (α): 0.00403
  • Temperatura de operación estimada: 70°C
  • Resistencia térmica (R_térmica): 0.3 K·m/W
• 1. Calcular la resistencia a 70°C:
  R₇₀ = 0.253 × [1 + 0.00403 × (70 – 20)] = 0.253 × [1 + 0.2015] = 0.253 × 1.2015 = 0.304 Ω/km
• 2. Calcular la potencia disipada por metro:
  P_J,m = 135² × 0.304 / 1000 = 18,225 × 0.304 / 1000 = 5.54 W/m
• 3. Calcular el incremento de temperatura por disipación térmica:
  Δθ = 5.54 × 0.3 = 1.66°C
• 4. Temperatura final del conductor:
  θ_c = 25 + 1.66 = 26.66°C

La disipación térmica es de 5.54 W/m y el incremento de temperatura es bajo, lo que garantiza la seguridad térmica del cable.

Consideraciones adicionales y recomendaciones prácticas

• La disipación térmica depende fuertemente de la correcta selección de la sección del conductor y el tipo de instalación.
• El uso de cables de mayor sección reduce la resistencia y, por tanto, la disipación térmica.
• La temperatura ambiente y la agrupación de cables afectan significativamente la disipación térmica y deben considerarse en el diseño.
• La normativa IEC 60287 es la referencia internacional para el cálculo térmico de cables eléctricos de potencia.
• Para instalaciones críticas, se recomienda el uso de software especializado o calculadoras avanzadas basadas en IA.

Para profundizar en la normativa y métodos de cálculo, se recomienda consultar la IEC 60287 y la IEEE.

La correcta aplicación de la “Calculadora de disipación térmica en cables eléctricos – IEC” es esencial para la seguridad, eficiencia y cumplimiento normativo en cualquier proyecto eléctrico moderno.