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Alimentador de taller: caída de tensión, coordinación y disparo del diferencial

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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

  1. 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.
  2. Cables con humedad o aislamiento dañado, especialmente en las máquinas que vibran.
  3. 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.