Alimentador de taller: caída de tensión, coordinación y disparo del diferencial
Un taller de confecciones con 12 máquinas industriales de coser y 40 luminarias fluorescentes se alimenta desde un tablero secundario situado a 40 m del tablero principal. El alimentador es monofásico trifilar 240/120 V, con conductor de cobre THW calibre 8 AWG por fase en tubería metálica, protegido por un interruptor termomagnético bipolar de 60 A. La carga medida en fase es 48 A con factor de potencia 0,95 y la temperatura ambiente del local es 40 °C. Aguas arriba del tablero secundario hay un interruptor diferencial bipolar de 40 A, sensibilidad 30 mA, que dispara de forma intermitente, sobre todo cuando arrancan varias máquinas a la vez; al rearmarlo, a veces se mantiene y a veces vuelve a disparar sin carga aparente. La resistencia de puesta a tierra medida en el tablero es 12 Ω. El propietario insiste en «subir el breaker a 100 A para que no moleste», y pide que se le explique qué es lo que realmente está mal.
1. Calcule la caída de tensión del alimentador en por ciento y determine si cumple con el límite usual de 3 % para un circuito ramal. Proponga el calibre mínimo que cumple.
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Fórmula y datos Para un circuito monofásico, la caída es la de ida y vuelta:
ΔV = 2 · ρ · L · I · cosφ / S (despreciando la reactancia, válido en estos calibres)
ρ = 0,0217 Ω·mm²/m (cobre a temperatura de servicio), L = 40 m, I = 48 A, cosφ = 0,95.
Conductor actual 8 AWG (S = 8,37 mm²)
- ΔV = 2 · 0,0217 · 40 · 48 · 0,95 / 8,37 = 9,46 V.
- En por ciento: 9,46 / 240 = 3,94 % → no cumple el 3 % de ramal.
Verificación del 6 AWG (S = 13,3 mm²)
- ΔV = 2 · 0,0217 · 40 · 48 · 0,95 / 13,3 = 5,95 V = 2,48 % → cumple.
Criterio de ingeniería, no solo de fórmula
- Con 3,94 % en el ramal y la caída del acometida y del tablero principal, el total se acercará o superará el 5 %; eso explica el parpadeo de luminarias y los arranques dificultosos de los motores.
- La caída empeora con la temperatura del conductor y con el arranque (5–7 veces la corriente nominal de cada máquina).
- El conductor de neutro debe ser del mismo calibre; en trifilar 240/120 V el neutro lleva corriente y no se puede reducir.
- Recomendación: 6 AWG como mínimo, y si el presupuesto lo permite 4 AWG, previendo las ampliaciones que el taller ya está insinuando.
2. Verifique la coordinación entre el interruptor de 60 A y el conductor de 8 AWG considerando la temperatura ambiente, y explique por qué la propuesta de instalar 100 A es peligrosa.
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Ampacidad corregida
- 8 AWG THW, aislamiento 75 °C: 50 A a 30 °C de referencia.
- Factor de corrección por ambiente a 40 °C: 0,88 → 44 A.
- Tres conductores en tubería: no aplica reducción adicional por agrupamiento en este caso.
Comparación con la carga y la protección
- Carga real: 48 A > 44 A → el conductor ya está sobrecargado en régimen permanente.
- Interruptor de 60 A > 44 A → no protege al conductor; la regla es I carga ≤ I protección ≤ I ampacidad corregida.
- Con 100 A el desajuste sería todavía mayor: el conductor podría operar a 100 A (más del doble de su capacidad corregida) sin que nada lo interrumpa. El resultado típico es deterioro del aislamiento, calentamiento en bornes y en la tubería, y riesgo de incendio; el interruptor solo actuaría cuando el daño ya está hecho.
Selección correcta
- 6 AWG THW: 65 A × 0,88 = 57,2 A de ampacidad corregida.
- Protección: 48 A ≤ In ≤ 57,2 A → interruptor de 50 A (valor comercial). Con 60 A se incumple la segunda condición.
- Verificar además que la capacidad de cortocircuito del interruptor supere la corriente de falla del punto de instalación y que los bornes acepten el calibre.
Mensaje al propietario: subir el breaker no elimina el disparo; lo traslada del diferencial al conductor. El breaker de 60 A ya estaba mal dimensionado; el de 100 A convierte una molestia en un riesgo de incendio.
3. Diagnostique el disparo intermitente del diferencial de 30 mA y proponga medidas correctivas verificables.
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Descartar primero lo que no es
- Puesta a tierra de 12 Ω: en esquema TT con diferencial de 30 mA el límite práctico es RA ≤ UL/IΔn = 50/0,03 ≈ 1667 Ω, así que 12 Ω cumple de sobra. La pica no es la causa.
- Sobrecarga: la carga es 48 A sobre un diferencial de 40 A. Es un punto a corregir (el diferencial también tiene corriente nominal), pero no produce disparo por fuga.
Causa más probable: suma de corrientes de fuga Cada máquina con filtro de entrada y cada balasto fluorescente aportan fuga capacitiva a tierra (típicamente 0,5–3 mA). Estimación: 12 máquinas × 2 mA + 40 luminarias × 0,5 mA ≈ 44 mA, por encima o en el borde de los 30 mA. El disparo aparece «cuando arrancan varias a la vez» porque las fugas se suman y los transitorios de arranque añaden componentes de alta frecuencia que el diferencial tipo AC puede interpretar como fuga.
Otras causas que deben verificarse
- Puente neutro–tierra aguas abajo (típico en tableros mal cableados o en tomacorrientes con el neutro a la caja): parte de la corriente de carga regresa por el conductor de protección y el diferencial lo ve como fuga. Explica el disparo «sin carga aparente» al reconectar.
- Cables con humedad o aislamiento dañado, especialmente en las máquinas que vibran.
- Diferencial tipo AC frente a cargas con variadores o fuentes conmutadas: usar tipo A (o A/SI) resistente a disparos intempestivos.
Plan verificable
- Medir fuga por circuito con pinza de fuga diferencial (mA), con las máquinas encendidas y luego arrancando.
- Abrir el tablero y comprobar continuidad óhmica entre neutro y barra de tierra aguas abajo del diferencial; debe ser infinita.
- Repartir en varios circuitos con diferencial de 30 mA por grupo, de modo que ninguna suma supere ~30–40 % del umbral.
- Sustituir por tipo A; mantener el de 30 mA como protección de contacto indirecto y añadir uno selectivo de 300 mA si se requiere respaldo.
- Registrar el resultado: prueba de disparo con botón y medición de tiempo de disparo; repetir a los 6 meses.