(3) La teoría de las tres hipótesis en el cálculo de las secciones de los conductores eléctricos.

Resumen de lo expuesto.

Decíamos ayer, cuando aún la maldita pandemia no había asomado su feo rostro por nuestra tierra, que la determinación de la sección eléctrica necesaria para transportar una cierta cantidad de energía entre dos puntos era un problema que es necesario considerar desde tres puntos de vista fundamentales: uno que tiene que ver con el calor disipado por la canalización eléctrica en régimen permanente; otro que considera la necesidad de que la diferencia de potencial en el extremo de la mencionada canalización se mantenga dentro de unos ciertos límites y la tercera que tiene en cuenta los efectos electrotérmicos generados por una situación de merma irreversible de la  impedancia de la carga.

Tres puntos de vista, tres hipótesis, bajo las cuales calcularemos la sección eléctrica  necesaria para las condiciones previamente establecidas, y de las que ya hablamos en los dos artículos precedentes. En teoría haremos tres cálculos sucesivos de la sección bajo cada uno de esos tres puntos de vista y compararemos los resultados para escoger como resultado definitivo la mayor de ellas, pero lo más habitual es que el proyectista conozca previamente la hipótesis que va a determinar la mayor de las secciones, la “sección más relevante”, y solamente en los casos en que los datos puedan generar alguna duda sobre el resultado realizar a continuación el cálculo por alguna otra de las hipótesis para comprobar si la sección antes determinada es suficiente.

Nosotros comenzaremos hoy estudiando los distintos aspectos de la que hemos acordado denominar cómo Primera hipótesis, o del equilibrio térmico, dejando la Segunda hipótesis, la de la caída de tensión, y la Tercera hipótesis, el régimen de cortocircuito, para próximos artículos.

Consideraciones generales.

Creo que una parte muy importante de la gente vinculada a los distintos aspectos del mundo de la construcción no han tenido la oportunidad de reflexionar acerca de las bases teóricas del dimensionamento de la sección del conductor de un cable. Incluso los propios instaladores eléctricos se lo toman como un problema más de legislación que de física. Más de “lo dice el reglamento” que de “por qué lo dice el reglamento”. Sé bien que resulta mucho más cómodo no cuestionarse las razones que sustentan las leyes, pero también sé que hay muchos profesionales que se interesan por los mecanismos que hacen que los muñecos se muevan. Para estos profesionales pretendo analizar, aunque sea sin demasiada profundidad, los principios físicos y químicos que están detrás de las tablas de normas y reglamentos. Estos profesionales que sois precisamente vosotros, ya que en caso contrario no estaríais leyendo este artículo.

El primer fundamento físico que tenemos que recordar es el hecho de que la circulación de un fluido por una conducción no ideal origina una pérdida de energía que es directamente proporcional al caudal y al tipo de material de la propia conducción, e inversamente proporcional a la sección geométrica de la misma. Lo que traducido a términos eléctricos podemos expresar cómo que la circulación de una corriente eléctrica por un conductor no ideal origina una pérdida de energía que es directamente proporcional a la intensidad de esa corriente y al tipo de material de la propia conducción, e inversamente proporcional a la sección eléctrica de la misma.

El segundo aspecto, más económico que físico, es que la sección de una canalización cualquiera resulta de un compromiso entre su coste, que crece con el material del que está hecha y de sus dimensiones, y el coste de la cantidad de las pérdidas de energía. Para hacer a las pérdidas más pequeñas podemos escoger materiales con pérdidas específicas menores y hacer mayores sus dimensiones. En el caso de una canalización eléctrica el problema del tipo de materiales está mucho más acotado que en otros tipos de canalizaciones: solamente existen industrialmente cables de aluminio y de cobre. Por lo tanto una vez escogido este material de acuerdo con los criterios que indicamos en la primera entrega de estos artículos, quedará por escoger la sección que cumpla los requerimientos, entre las secciones normalizadas.

¡Lo sé! He puesto: “la sección que cumpla los requerimientos”. Pero, ¿qué requerimientos son esos? ¡Porque yo puedo admitir unas ciertas pérdidas y otros admitir otras, muchísimo mayores! Al igual que en una canalización de aguas pluviales los criterios de cálculo serán diferentes a los de una de agua potable, los criterios de una empresa de generación eléctrica tampoco serán los mismos que los de un usuario de esta energía. En el primer caso el generador puede ajustar el “voltaje” de generación para que al final de la canalización de salida de energía sea el valor contratado por el comprador, y calcular el importe económico de las pérdidas al precio de coste de generación. También puede emplear una configuración de la canalización, una línea aérea desnuda, por ejemplo, en la que los aspectos de la elevación de temperatura del conductor sean irrelevantes. En el segundo caso las posibilidades de ajustar el “voltaje” recibido para que al final de la canalización los aparatos eléctricos funcionen correctamente existen pero son caras e ineficientes; el importe económico de las pérdidas tendremos que calcularlo al coste de mercado y solamente podemos emplear configuraciones de la canalización donde los aspectos de la elevación de temperatura del conductor son muy relevantes, puesto que se trata de cables, es decir conductores aislados en la mayoría de los casos con polímeros, y los polímeros tienen la mala costumbre de degradarse rápidamente con la temperatura.

Y de estos efectos térmicos nos ocuparemos enseguida. Pero esto será ya en el próximo artículo.

(continuará …)

Bibliografía recomendada: Cabos illados para o transporte e distribución de enerxía eléctrica (2ª Edición)/Servizo de Publicacións da Universidade de Vigo. 2007 . Rústica con lapelas. 528 p; 24 cm. En idioma gallego.