Calculadora de protecciones eléctricas según NEC gratis: herramienta práctica para dimensionar interruptores y fusibles correctamente.
Este artículo técnico detalla fórmulas, tablas, ejemplos reales y referencias normativas para uso profesional.
Calculadora de protecciones eléctricas según NEC (gratuita)
Calcula el calibre mínimo del interruptor/fusible y una sugerencia de conductor según la regla general NEC para cargas continuas (125%). Incluye opciones avanzadas para correcciones de temperatura y agrupamiento.
Fundamentos normativos y alcance técnico
La norma NEC (National Electrical Code, NFPA 70) fija criterios para protección de conductores y equipos en instalaciones eléctricas.
Este artículo aplica los artículos relevantes del NEC y prácticas de ingeniería para dimensionar protecciones de forma gratuita y reproducible.
Conceptos clave y definiciones
Protección: dispositivos que limitan corriente para evitar daños térmicos o mecánicos en conductores y equipos.
Calor generado por corriente, corriente nominal, corriente de corto circuito, capacidad interruptiva, y ajustes por temperatura y agrupamiento son conceptos esenciales.
Variables y símbolos
- In — Corriente nominal del circuito o carga (A).
- Ib — Corriente de carga (ampacidad requerida por la carga) (A).
- Iz — Ampacidad del conductor seleccionado (A).
- Isc — Corriente de cortocircuito disponible en el punto de instalación (A).
- FSC — Factor de servicio de la carga (si aplica).
- Fgrp — Factor por agrupamiento de conductores según NEC T.310.15(B)(3)(a).
- Ftemp — Factor por temperatura ambiente según tabla de corrección del conductor.
- Fp — Factor por características del equipo protegido (por ejemplo seccionadores, motores).
- FSCB — Capacidad de interrupción del dispositivo de protección (A RMS simétrico u AIC).
Fórmulas esenciales para calculadora de protecciones eléctricas
A continuación se presentan las fórmulas necesarias para dimensionar conductores y dispositivos de protección siguiendo NEC.
1) Cálculo de ampacidad necesaria de conductor
Formula visual para ampacidad requerida del conductor:
Variables explicadas:
- Iz: ampacidad del conductor seleccionada (A).
- Ib: corriente de carga (A), calculada desde potencia o placa.
- Fgrp: factor de agrupamiento por número de conductores según NEC 310.15(B)(3)(a).
- Ftemp: factor de corrección por temperatura ambiente según tablas del conductor.
- FSCB: factor por servicios especiales o dispositivos; en muchos casos 1.0.
Valores típicos: Fgrp 1.0–0.5 (depende del número de conductores), Ftemp 1.0–0.71 (por temperatura).
2) Selección de conductor por ampacidad y ajuste
Regla: seleccionar conductor con Iz >= Ib ajustado; luego verificar protección según NEC 240.4 y 240.6.
3) Selección de interruptor o fusible (protección sobrecorriente)
La protección no debe exceder porcentajes permitidos del conductor según NEC 240.4(B).
Cuando la carga es contínua: In ≥ 125% × Ib (NEC 210.20, 215, 240.6)
4) Coordinación conductor–protector con tablas comerciales
Se usa tabla de fabricantes y NEC 240.4(D) para permitir dispositivos estándar por encima o por debajo de la ampacidad nominal.
5) Verificación de interrupción de falla (AIC)
El dispositivo debe tener capacidad interruptiva mayor o igual a la corriente de cortocircuito disponible.
6) Cálculo de corriente de carga desde potencia
Para cargas monofásicas y trifásicas se usan las siguientes relaciones:
Dónde P es potencia activa en watts, V tensión en voltios, PF factor de potencia (0.8–1.0 típico).
Tablas extensas de referencia
Las siguientes tablas muestran valores comunes de conductores, corrientes y dispositivos de protección para uso inmediato.
| Tamaño AWG / kcmil | Ampacidad (90°C) | Protector típico (A) |
|---|---|---|
| 14 AWG | 25 A | 15 A |
| 12 AWG | 30 A | 20 A |
| 10 AWG | 40 A | 30 A |
| 8 AWG | 55 A | 50 A |
| 6 AWG | 75 A | 60 A |
| 4 AWG | 95 A | 85 A |
| 3 AWG | 115 A | 100 A |
| 2 AWG | 130 A | 125 A |
| 1/0 | 150 A | 150 A |
| 2/0 | 175 A | 175 A |
| 3/0 | 200 A | 200 A |
| 4/0 | 230 A | 225 A |
| 250 kcmil | 255 A | 250 A |
| 350 kcmil | 310 A | 300 A |
| 500 kcmil | 380 A | 350 A |
| Protector (A) | Uso típico | Nota |
|---|---|---|
| 15 A | Iluminación residencial | 14 AWG conductor |
| 20 A | Enchufes residenciales | 12 AWG |
| 30 A | Secadora ligera, hornos pequeños | 10 AWG |
| 60 A | Centralita, aire acondicionado pequeño | 6 AWG |
| 100 A | Panel residencial principal | 3 AWG alu / 3 AWG cobre |
| 200 A | Panel principal de gran vivienda | 2/0 o 3/0 |
Accesibilidad: tablas responsivas con títulos y descripciones para lectores de pantalla; filas y columnas diseñadas para visualización móvil y escritorio.
Presentación de fórmulas interactivas para calculadora
Se muestran fórmulas representadas en bloque para facilidad de lectura e implementación en aplicaciones web.
Cada variable con valores típicos:
- P: potencia en W. Ejemplo residencial 3 600 W para un circuito de 15 A a 120 V.
- V: 120 V monofásico o 208/240/480 V según sistema.
- PF: 0.8–1.0 (motores ~0.8, cargas resistivas 1.0).
- Fgrp: 1.0 (menos de 3 conductores de fase en canalización) hasta 0.5 para muchos conductores.
- Ftemp: 1.0 a 0.71 dependiendo temperatura; 30°C→1.0, 40°C→0.91, 50°C→0.82, 60°C→0.71 (ejemplos).
- Isc: determinado por estudio de cortocircuito o datos de la compañía eléctrica; valores típicos 5 kA–50 kA.
Caso práctico 1: circuito de enchufes monofásico residencial
Descripción: alimentar enchufes de cocina con microondas (1 200 W), refrigerador (800 W) y enchufes generales (1 000 W).
Objetivo: dimensionar conductor e interruptor según NEC para circuito monofásico 120 V.
Desarrollo
Suma de cargas: P_total = 1 200 + 800 + 1 000 = 3 000 W
Corriente de carga: Ib = P / (V × PF) = 3 000 / (120 × 0.95) ≈ 26.32 A
Carga no continua; si alguna es continua, aplicar 125%.
Selección de conductor: elegir conductor con Iz ≥ Ib. Conductor 12 AWG Iz ≈ 30 A, 10 AWG Iz ≈ 40 A.
Factor agrupamiento y temperatura: Fgrp = 1.0 (pocos conductores), Ftemp = 1.0 (30°C).
Por seguridad y por disponibilidad de protectores estándar, se escoge interruptor de 30 A con conductor 10 AWG, o alternativamente 20 A con conductor 12 AWG si se redistribuye carga.
Solución detallada
Opción A: 10 AWG (40 A ampacidad) + interruptor 30 A
Verificación: In = 30 A ≥ Ib (26.32 A), cumple. Protegido conforme NEC 240.4 y 240.6. AIC del breaker debe ≥ Isc de la instalación.
Caso práctico 2: motor trifásico bomba agua 10 HP
Descripción: motor trifásico 10 HP a 460 V, factor de potencia 0.85, eficiencia 90%.
Objetivo: dimensionar conductor y protección de acuerdo a NEC Art. 430 para motores.
Desarrollo
P_motor (W) = 10 HP × 746 W/HP = 7 460 W
Corriente sin considerar arrancadores: Ib = P / (√3 × V × PF × eficiencia) ≈ 7 460 / (1.732 × 460 × 0.85 × 0.90) ≈ 12.9 A
NEC 430 requiere protección para motores: dispositivo de sobrecorriente (disyuntor convencional) puede ser hasta 250% de la corriente nominal del motor para protección contra sobrecarga térmica del motor o usar protectores de sobrecarga térmica específicos.
Selección de conductor: Iz ≥ Ib; conductor 12 AWG Iz 30 A es suficiente.
Protección de sobrecorriente: según NEC 430.52, el interruptor de protección contra cortocircuito puede ser 250% × motor full-load current para fusibles limitadores, o según tablas específicas de NEC.
Solución detallada
Corriente nominal del motor FLA ≈ 12.9 A. Protección máxima para interruptor no conductor: 250% × 12.9 ≈ 32.25 A.
Se selecciona un interruptor de 30 A (estándar) y conductor 10 AWG para cumplir margen térmico y caída de tensión. Verificar que la protección de sobrecarga térmica del motor (relé térmico) sea ajustada a FLA según NEC.
Verificación adicional: caída de tensión y selección final
Se debe verificar caída de tensión máxima permitida: típicamente 3% en rama derivada y 5% total punto de utilización según buenas prácticas y recomendaciones IEC/NEC.
Fórmula aproximada: ΔV (%) = (2 × L × I × R_cond) / V × 100 (monofásico)
Para trifásico: ΔV (%) = (√3 × L × I × R_cond) / V × 100
L es longitud en metros, R_cond resistencia por metro según sección; valores típicos deben consultarse en tablas de resistividad.
Coordinación y selectividad
Coordinación entre protecciones garantiza que la falla sea aislada por el dispositivo más cercano al fallo.
Se evaluará tiempo-corriente (curvas I-t) de fabricantes y requerimientos NEC 240.87 para selectividad en sistemas con generadores o electrónica sensible.
Consideraciones prácticas y factores correctores
Agrupamiento: cuando varios conductores comparten canalización, aplicar factores de corrección del NEC Tabla 310.15(B)(3)(a).
Temperatura ambiente: conduzca correcciones según la temperatura máxima de operación; valores tabulados por conductor.
Tipo de aislamiento y método de instalación: la ampacidad depende del aislamiento (ej. THHN, XHHW) y la temperatura permisible del aislamiento.
Herramientas y recursos recomendados
Enlaces y referencias normativas y de autoridad para consulta y verificación de datos:
- NFPA 70: National Electrical Code — https://www.nfpa.org/NEC (sitio oficial)
- IEEE Std 242 — Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.
- ANSI/IEEE y tablas de fabricantes de breakers (Schneider Electric, Siemens, Eaton) para curvas I-t y AIC.
- Manuales técnicos de fabricantes de conductores para resistividad y temperaturas de operación.
Buenas prácticas de implementación
Documentar cálculos de manera reproducible: asumir condiciones, factores, y registrar tablas consultadas.
Realizar estudio de cortocircuito y coordinación en proyectos industriales; usar software especializado para validación.
Ampliación técnica y casos avanzados
Caso avanzado A: múltiples motores en centro de carga con arranque estrella-triángulo y variadores de frecuencia.
Desarrollo: evaluar corrientes de arranque, aplicar criterios de desconexión por motor y dimensionar transformador y alimentador considerando inrush colectivo.
Ejemplo avanzado: alimentador para 3 motores 10 HP simultáneos
Tres motores 10 HP trifásicos 460 V, FLA 12.9 A cada uno; factor de utilización 1.0; arranques simultáneos posibles.
Corriente máxima sin arranque: 3 × 12.9 = 38.7 A
Si se considera arranque en conjunto y factores de sincronía, el alimentador y transformador deben dimensionarse para manejar picos, y selección de interruptores con capacidad de inrush y curvas de trip adecuadas.
Se recomienda estudiar con análisis dinámico y aplicar limitadores o arrancadores suaves para reducción de la demanda de arranque.
Referencias normativas aplicables
Citar artículos NEC relevantes para protección y conductor:
- NEC Art. 110 — Requisitos generales para instalaciones.
- NEC Art. 210, 215 — Circuitos y paneles.
- NEC Art. 240 — Protección contra sobrecorriente.
- NEC Art. 310 — Conductores para corrientes continuas y alternas y tablas de ampacidad.
- NEC Art. 430 — Motores, generadores y transformadores.
Checklist para uso de la calculadora de protecciones eléctricas
- Determinar potencia y tipo de carga (continua/interruptiva).
- Calcular corriente Ib desde potencia y factor de potencia.
- Aplicar factores de corrección por agrupamiento y temperatura.
- Seleccionar conductor con ampacidad Iz ≥ Ib corregido.
- Seleccionar protector In según NEC, cargas continuas 125% si aplica.
- Verificar capacidad interruptiva (AIC) del protector ≥ Isc.
- Calcular y verificar caída de tensión máxima permitida.
- Realizar coordinación y estudio de cortocircuito si es sistema complejo.
Notas finales técnicas
Los cálculos deben ser validados por un ingeniero eléctrico registrado; la normativa local puede imponer requisitos adicionales.
La herramienta descrita es una guía técnica gratuita; para proyectos críticos utilice software profesional y consulta normativa vigente.