Dimensionamiento de cables CC: caída de tensión, ampacidad y sección comercial

Qué es el dimensionamiento de cables CC

Dimensionar un cable CC no es leer una tabla de ampacidad y detenerse ahí: es encontrar la sección que, al mismo tiempo, mantiene la caída de tensión dentro del presupuesto y respeta la capacidad de transporte de corriente — y luego redondear eso a una sección en la que el cable se fabrica realmente. En corriente continua no hay reactancia, factor de potencia ni efecto pelicular relevante, así que la resistencia pura del conductor es toda la historia. Es esa resistencia la que sangra tensión a lo largo de un tramo largo y la que disipa potencia como calor.

Esto hace el dimensionamiento CC engañosamente distinto del CA. En un tronco fotovoltaico de 48 V o un enlace de batería de 24 V, la tensión disponible es pequeña, los tramos son largos y una caída de hasta un voltio ya es una fracción significativa de la tensión del sistema. El resultado es que la caída de tensión, y no el calentamiento, casi siempre gobierna la sección — exigiendo con frecuencia un conductor varias secciones mayor del que solo la corriente sugeriría.

Los dos criterios gobernantes

El método dimensiona el cable contra dos límites independientes y adopta el mayor de ellos.

1. Caída de tensión. El conductor no puede desperdiciar más que la caída admisible ΔV_objetivo = (caída% / 100)·V. Como la corriente fluye de ida y de vuelta, la resistencia abarca el doble de la longitud de ida, y la sección mínima es:

S_vd = 2·ρ(T)·L·I / ΔV_objetivo

2. Ampacidad (densidad de corriente). El conductor debe transportar la corriente de proyecto sin sobrecalentarse. Usando un heurístico de densidad de corriente J_max:

S_amp = I_proj / J_max, con I_proj = k·I

La corriente de proyecto I_proj aplica el factor de aplicación k — en fotovoltaica, k = 1,25 sobre la corriente de cortocircuito según IEC 60364-7-712; para batería y cargas CC generales, k = 1,0. El mínimo gobernante es S_min = max(S_vd, S_amp), y el conductor adoptado es la siguiente sección IEC normalizada igual o por encima de él.

Por qué la resistividad debe corregirse por temperatura

La resistencia de un metal crece con la temperatura. Un cable no opera a los 20 °C de su tabla de catálogo — opera a la temperatura de régimen fijada por su aislamiento: 70 °C para PVC, 90 °C para XLPE/EPR. En ese rango, cobre y aluminio ganan cerca de 20–30 % de resistencia. La herramienta lo corrige explícitamente:

ρ(T) = ρ₂₀·(1 + α·(T − 20))

con ρ₂₀ = 0,0172 Ω·mm²/m para cobre (0,0282 para aluminio) y α ≈ 0,00393 /°C (cobre) o 0,00403 /°C (aluminio). Saltarse esta corrección hace que la caída de tensión prevista sea optimista — el cable parece bien sobre el papel y rinde menos con el calor.

Cobre frente a aluminio

El aluminio tiene cerca de 1,6 veces la resistividad del cobre, así que, para mantener la misma caída de tensión, necesita aproximadamente 1,6 veces la sección. Ese sobrecoste a menudo vale la pena en troncos grandes, donde el aluminio es más ligero y más barato por amperio. En tramos pequeños, sin embargo, el cobre gana: las terminaciones de aluminio son propensas a la fluencia y la oxidación, y la herramienta señala como desaconsejada cualquier sección de aluminio por debajo de 16 mm².

Cómo el método selecciona y luego verifica la sección

El cálculo sigue un orden estricto:

1. Resuelve la corriente — usada directamente, o derivada de la potencia como I = P/V cuando la carga se da en vatios.
2. Corrige la resistividad a la temperatura de régimen del aislamiento.
3. Calcula S_vd y S_amp por los dos criterios y toma S_min = el mayor de ellos. Esto también identifica el criterio gobernante (caída de tensión o ampacidad).
4. Redondea a la sección comercial de la serie IEC (1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150… mm²).
5. Recalcula los valores reales en la sección adoptada: R = 2·ρ(T)·L/S, la caída real ΔV = R·I (y ΔV%), y la pérdida Joule P_J = R·I² — también reportada como porcentaje de la potencia transmitida P = V·I.

La etapa de verificación importa porque el redondeo comercial casi siempre cae por encima del mínimo exacto, así que la caída real sale por debajo del objetivo. La herramienta también levanta un aviso cuando la pérdida Joule excede cerca del 3 % de la potencia transmitida, ya que la pérdida persistente es un coste de energía recurrente a lo largo de la vida de la instalación.

Leyendo la fuente de la resistencia

La resistencia puede venir de tres lugares, y la herramienta etiqueta cuál usó. Por defecto se calcula por ρ(T)/S. Si seleccionas un cable real del catálogo (su Rcc a 20 °C más su sección), usa la resistencia del datasheet, corregida a la temperatura de operación — el camino más preciso. Si introduces solo un valor de Rcc sin la sección, lo trata como resistencia manual y aún verifica la caída real. Siempre que un cable seleccionado caiga por debajo de la sección mínima calculada, o su caída real exceda el objetivo, el resultado lo señala como subdimensionado.

Consideraciones prácticas de dimensionamiento

• Usa siempre 2·L: el conductor de vuelta duplica el camino resistivo; este es el error de dimensionamiento CC más común.
• Deja que la caída mande en los tramos largos: en sistemas de 12/24/48 V la sección por caída de tensión suele superar con creces la de ampacidad — dimensiona por la caída primero, luego verifica la ampacidad.
• Confirma la Iz real: la densidad J_max es solo un valor de cribado; verifica la ampacidad instalada en el datasheet y en el método de instalación, agrupamiento y temperatura ambiente de la IEC 60364-5-52.
• Atención al lugar del factor FV: el factor de 1,25 dimensiona la ampacidad (calentamiento continuo), no la sección de caída de tensión, que usa la corriente real de operación.
• Vigila el presupuesto Joule: mantener P_J por debajo de pocos porcentuales de la potencia transmitida protege la eficiencia y evita el desperdicio acumulado de energía.

Seguir este encadenamiento — corriente, resistividad corregida por temperatura, la mayor entre las secciones de caída de tensión y de ampacidad, un redondeo comercial y una verificación de los valores reales — entrega un conductor CC que mantiene su presupuesto de tensión bajo carga y resiste el campo, no solo el catálogo.