Diseño de circuitos derivados: clasificación, características y cálculos.

Diseño de circuitos derivados
En el panel eléctrico están los breakers que protegen los circuitos internos de la instalación . Desde los disyuntores hasta los diferentes puntos de consumo, están los circuitos derivados. La derivación viene del panel principal que trae toda la potencia de un conjunto de cables alimentadores provenientes del contador de energía.

Al momento de seleccionar el circuito derivado debe determinarse su finalidad, es decir, el tipo de circuito que protegerá. Los circuito derivados están clasificados según la máxima corriente del disyuntor, para este caso las normas han estandarizado disyuntores con capacidades de 15, 20, 30, 40, 50, 60 A. Esto para el caso de breakers monopolares (un solo polo), aunque también se pueden encontrar en estas mismas capacidades breakers bipolares ( de dos polos).

Establecido la capacidad de los dispositivos de protección, estos se deben cargar a no más de el 80% de su capacidad. Para este caso, se determina la potencia y corriente segura del circuito derivado, la potencia se calcula multiplicando la corriente máxima del disyuntor y la tensión, para obtener la corriente y la potencia segura se disminuye la potencia total a un 20% de su capacidad, esto se muestra en la tabla 1.1.:


Capacidad del breaker
Tensión (V)
Potencia (VA)
Corriente segura (A)
Potencia segura (VA)
15
120
1800
12
1440
20
120
2400
16
1920
30
120
3600
24
2880
40
120
4800
32
3840
50
120
6000
40
4800
20
240
4800
16
3840
30
240
7200
24
5760
40
240
9600
32
7680
Tabla 1.1.- Potencia y corriente segura para cargar los disyuntores.

Para cada una de las protecciones se tiene también tabulado el calibre del conductor más adecuado. Es importante que sepas, que el disyuntor se encarga de proteger los cables eléctricos y no al aparato, por lo que a cada breaker le corresponde un conductor. En este caso, no estamos considerando la caída de tensión en los cables y la temperatura ambiente, pues ya con el margen de seguridad, nos dará cierto re-juego para seleccionar la protección idónea del circuito derivado. Sin embargo, para cargas especiales de uso individual es importante que se tomen en consideración estas variables. Ver: 6 parámetros al tomar en cuenta en la selección de los cables eléctricos.


Breaker (Amps)
Calibres AWG (Cobre)
Aplicaciones
15
14 y 12
14 y 12 para alumbrado general, 12 para cargas de equipos o aparatos.
20
12
Alumbrado general, tomacorrientes de uso general, aparatos específicos (extractor, neveras, planchas)
30
10
Calentadores de agua (C/A), aire acondicionado (A/A), bombas de agua
40
8
Lavadoras, C/A, A/A, bombas de agua
50
6
C/A, A/A, bombas de agua
Tabla 1.2.- Conductor que le corresponde a cada disyuntor.

# 1.- Circuito para tomacorrientes de uso general

Este tipo de circuito derivado está destinado para alimentar varios circuitos de tomacorrientes de uso general en la instalación. De este circuito sale el cable de potencial intercalado por el disyuntor, el neutro directamente de la barra y la tierra. A este circuito se conectan un conjunto de tomacorrientes, que dependiendo la cantidad tendrá un breaker con una capacidad específica. En este se puede hacer circuitos de 15 o 20  A.

La capacidad de los tomacorrientes está normalizado para 150VA por salida, aunque en algunos países de latinoamericanos puede ser de 180VA como mínimo. Para tal situación si tenemos un total de 11 tomacorrientes de uso general, la potencia total sería 12×150VA que es equivalente a 1650VA, si observas en la tabla 1.1 la protección más adecuada sería de 20A, ya que soporta 1920VA de carga segura.

# 2.- Circuito para alumbrado general


El circuito de alumbrado está totalmente separado del los circuitos de tomacorrientes. En las instalaciones de vivienda, los circuitos de alumbrado están diseñados en capacidades de 15 o 20 A, sin embargo, para luces de alta potencia ( grupo de lamparas fluorescentes, de alumbrado exterior) se puede utilizar disyuntores a 30 A.

Para calcular la cantidad de circuitos derivados para el alumbrado se utiliza la siguiente formula:

No. de circuitos= (carga total)÷(capacidad del circuito)

La carga total es la carga que será conectada al circuito, la capacidad del circuito es la máxima potencia que se puede conectar al circuito derivado. El cociente de estos dos nos dará la cantidad de circuitos que se deben de realizar para el alumbrado.


EJEMPLO 1: Se tiene una carga de alumbrado de 4000VA, determine el número de circuitos a 15 A.

Solución: Seleccionamos la capacidad máxima del circuito: 5A×120V×0.80 esto sería de 1440VA. El número de circuitos:

                               No. de circuitos= (4000VA)÷(1440VA)=2.7 circuitos (3 circuitos) 

EJEMPLO 2: Se tienen 54 salidas de lámparas. Determine: a) número de lámparas por circuito, b) número de circuitos a 15A.

Solución: a) Las salidas de lámparas son de 100VA (establecidas como norma), mientras que la capacidad para el disyuntor de 15A sería de 1440VA (tabla 1.1), el número de lámparas por circuito sería:

No. lamp./circ.= 1440VA÷100VA=14.4 lamps./circuitos
                              
14.4 es equivalente a 15 lamps./circuitos, este resultado nos dice que habrá circuitos con 14 y 15 lámparas. 

b) Como ya tenemos que son 15 lamps./circuito, el número de circuitos se obtiene por:

No. circuitos= (54 lamps.)÷(14.4 lamps/circuito)= 3.75 circuitos (4 circuitos)

# 3.- Circuito para uso individual

A diferencia de los circuitos para uso general y de alumbrado, el circuito para uso individual viene específicamente para proteger las líneas de un equipo o aparato de forma individual, sin la derivación de otro circuito. Estos circuitos se dividen de los demás por su corriente que demandan. Su capacidad va desde 15A hasta los 60A, esto refiriéndonos a niveles de tensión de 120 o 240VAC.

Dependiendo la potencia que consuma el equipo primero se selecciona el disyuntor en la tabla 1.1, y luego el calibre del cable en la tabla 1.2. Los aparatos que generalmente se utilizan como circuitos de uso individual son: calentadores de agua, secadoras, bombas de agua, aires acondicionados, neveras, extractores y equipos especiales. Hay situaciones en la que es necesario considerar la distancia, el factor de relleno y de temperatura para circuitos de uso individual. 


EJEMPLO 3: Un calentador de agua tiene una potencia de 3.5KVA, y está conectado a un sistema de 240V-AC/ 60Hz. Determina el disyuntor y el calibre para esta carga.

Solución: Determinamos la corriente que es I=S/V=3500VA/240V esto nos 14.58A, si comparamos en la tabla 1.1, el disyuntor más ideal sería el de 20A, ya que la corriente segura es de 16A. Para el calibre del conductor, al disyuntor de 20A le corresponde alambre 12 AWG.

Diagrama de circuitos derivados

Del panel de distribución o caja de breakers se instalan las protecciones de los circuitos derivados como se tiene en el diagrama siguiente: 


Diagrama de conexión de circuitos derivados
Fig. 1.1- Diagrama de conexión de circuitos derivados.
Los circuitos de tomacorrientes de uso general son 2 de 15A y 20A en C11 y C13, para el caso de los circuitos de alumbrado se tienen 2 de 15A en C7 y C9. Los demás son circuitos de uso individual a 240V y 120V, el calentador de agua, la bomba de agua y el aire acondicionado están a 240V, utilizando disyuntores de dos polos. Los circuitos de uso individual a 120V son el extractor, nevera, olla eléctrica y lavadora. Para el caso del los tomacorrientes sobre meseta, es un circuito multiconductor, este tipo de circuito es parecido al de tomacorrientes de uso general: varios circuitos en un solo circuito ramal.

Cableado de los circuitos derivados en panel
Cableado de disyuntores
Fig. 1.2- Cableado de disyuntores de 120 y 240V.
Fijados los breakers en las barras de los potenciales alimentadores. Para el caso de los circuitos a 120V, se instala un disyuntor de un solo polo, donde el potencial es interrumpido por este. El cable neutral y la tierra es sacado directamente de la barra y no pasa por ninguna protección. Para el caso de los circuitos a 240V se debe instalar un disyuntor de 2 polos, que protege las 2 fases del circuito. La estructura del cableado debe estar organizada, ubicando los breakers lo más cercano a su canalización correspondiente.

En los siguientes vídeos se explica como instalar un circuito derivado para 120V o 240V de la caja de breakers.