Las estadísticas del Texas Department of Licensing and Regulation son inequívocas: la sección de cálculos del examen de journeyman aprueba alrededor del veinte por ciento de quienes la presentan, y la de master algo menos. No es un problema de matemáticas —todo se resuelve con multiplicaciones y una raíz de tres— sino de método: saber qué carga entra en el cálculo, en qué orden se aplican los factores de demanda y qué tabla resuelve cada paso.
Todo cálculo eléctrico descansa en cuatro relaciones: tensión igual a corriente por resistencia; potencia igual a tensión por corriente; en corriente alterna monofásica, potencia aparente en voltamperios igual a tensión por corriente; y en trifásico, voltamperios igual a la raíz de tres (1,732) por la tensión de línea por la corriente de línea. De ahí se despeja la corriente de cualquier carga expresada en voltamperios o en kilovatios con su factor de potencia. En un sistema trifásico equilibrado, la tensión de línea es la raíz de tres veces la tensión de fase.
El artículo 220 ofrece dos caminos. El método estándar suma la carga general de iluminación calculada a partir de la superficie habitable, los circuitos derivados de aparatos pequeños y el circuito de lavandería, aplica el factor de demanda por tramos a ese subtotal, y añade después las cargas fijas: aparatos de cocina, secadora, calefacción o aire acondicionado —se toma la mayor de las dos, nunca ambas—, motores y cargas continuas. El método opcional aplica un porcentaje único a la primera parte de la carga y otro al resto, y trata el aire acondicionado por separado; suele dar un resultado menor y es el preferido en obra. La superficie habitable se calcula por dimensiones exteriores y excluye porches abiertos, cocheras y espacios no acondicionados no habitables.
Se calcula con la resistividad del material —aproximadamente 12,9 para el cobre y 21,2 para el aluminio, en ohmios por mil circular y pie—, la corriente, la longitud de un sentido y la sección en mils circulares. En monofásico la caída es dos por la resistividad por la corriente por la longitud, dividido entre los mils circulares; en trifásico se sustituye el dos por 1,732. Despejando la sección se obtiene el conductor mínimo que respeta el porcentaje admitido, y despejando la longitud, la distancia máxima. Conviene resolver siempre en el mismo orden y comprobar la unidad: la longitud es de ida, no de ida y vuelta.
El llenado de canalización se resuelve con las tablas del capítulo 9: se suma el área de cada conductor y se compara con el área disponible del tubo, que es el 53 por ciento con un solo conductor, el 31 por ciento con dos y el 40 por ciento con tres o más. El llenado de caja se cuenta en unidades: cada conductor que entra y termina o pasa cuenta uno; todos los conectadores de cable juntos cuentan uno; todos los conductores de puesta a tierra juntos cuentan uno; cada dispositivo montado en un yugo cuenta dos; los cables de cola y los conductores que solo pasan cuentan según la regla. Cada unidad se multiplica por el volumen que la tabla asigna al calibre correspondiente, y el total debe caber en el volumen marcado de la caja.
Tres hábitos separan al que aprueba del que no: escribir siempre las unidades, no mezclar vatios con voltamperios sin el factor de potencia, y redondear solo al final. Cuando el resultado cae entre dos calibres normalizados, se sube al siguiente; cuando cae entre dos dispositivos de protección normalizados, la regla depende de si se protege un conductor, un motor o un transformador, y esa distinción se estudia en los bloques siguientes.
1. Los métodos de cálculo de cargas de una vivienda se encuentran en:
El artículo 220 reúne los métodos de cálculo de cargas de circuitos derivados, alimentadores y acometida, incluidos los métodos opcionales para vivienda. Fuente: art. 220.1 del NEC.
2. Para el cálculo de la carga general de iluminación de una vivienda, la superficie se mide:
El código mide la superficie por las dimensiones exteriores de la vivienda y excluye porches abiertos, cocheras y espacios no acondicionados no habitables ni adaptables a vivienda. Fuente: art. 220.11 del NEC.
3. Una vivienda de 2000 pies cuadrados con una carga general de iluminación de 3 voltamperios por pie cuadrado aporta:
El producto 2000 por 3 da 6000 voltamperios de carga general de iluminación, que incluye los receptáculos de uso general de la vivienda. Fuente: art. 220.12 y art. 220.14(J) del NEC.
4. Una vivienda de 1650 pies cuadrados, a 3 voltamperios por pie cuadrado, aporta:
El producto 1650 por 3 da 4950 voltamperios. Esta carga cubre el alumbrado general y los receptáculos de uso general, que en vivienda no se cuentan por separado. Fuente: art. 220.12 del NEC.
5. Los dos circuitos de aparatos pequeños exigidos en una vivienda aportan al cálculo:
El código asigna 1500 voltamperios a cada circuito de aparatos pequeños de 20 amperios, y exige al menos dos, de modo que aportan 3000 voltamperios. La lavandería se cuenta aparte. Fuente: art. 220.52(A) del NEC.
6. El circuito de lavandería de una vivienda aporta al cálculo:
El código asigna 1500 voltamperios al circuito de lavandería, que se suma a la carga general antes de aplicar los factores de demanda. Los 5000 voltamperios corresponden a la secadora. Fuente: art. 220.52(B) del NEC.
7. Una vivienda de 2000 pies cuadrados con dos circuitos de aparatos pequeños y uno de lavandería suma, antes de factores:
La suma es 6000 de iluminación general, 3000 de los dos circuitos de aparatos pequeños y 1500 de lavandería, es decir 10500 voltamperios. Sobre ese subtotal se aplican después los factores de demanda. Fuente: art. 220.12, art. 220.52 y art. 220.45 del NEC.
8. Con los primeros 3000 voltamperios al 100 por ciento y el resto al 35 por ciento, un subtotal de 10500 voltamperios da una demanda de:
El cálculo es 3000 al cien por ciento más el 35 por ciento de los 7500 restantes, es decir 3000 más 2625, lo que da 5625 voltamperios. Fuente: art. 220.45 del NEC, tabla de factores de demanda.
9. Un subtotal de carga general de 9000 voltamperios, con la misma regla de factores, da una demanda de:
El cálculo es 3000 más el 35 por ciento de 6000, es decir 3000 más 2100, lo que da 5100 voltamperios. Aplicar el factor al total en lugar de solo al exceso es el error más frecuente. Fuente: art. 220.45 del NEC.
10. Una vivienda de 2400 pies cuadrados con dos circuitos de aparatos pequeños y lavandería tiene una demanda general de:
El subtotal es 7200 más 3000 más 1500, es decir 11700; aplicando 3000 al cien por ciento y 8700 al 35 por ciento se obtienen 3000 más 3045, es decir 6045 voltamperios. Fuente: art. 220.12, art. 220.52 y art. 220.45 del NEC.
11. Una vivienda con una sola cocina eléctrica de 12 kilovatios, cuya demanda de tabla es de 8 kilovatios, aporta:
Para una sola cocina de hasta 12 kilovatios la tabla del código da una demanda de 8 kilovatios, es decir 8000 voltamperios. Tomar la potencia de placa sin factor sobredimensiona la acometida. Fuente: art. 220.55 del NEC, tabla de cocinas.
12. Una secadora eléctrica de vivienda con placa de 4200 vatios se calcula como:
El código exige calcular la secadora de vivienda por 5000 voltamperios o por el valor de placa, el que resulte mayor. Con una placa de 4200 vatios manda el mínimo de 5000. Fuente: art. 220.54 del NEC.
13. Una secadora eléctrica con placa de 5600 vatios se calcula como:
La regla toma el mayor de los dos valores: con una placa de 5600 vatios manda la placa. El mínimo de 5000 solo se aplica cuando la placa es inferior. Fuente: art. 220.54 del NEC.
14. Una vivienda con 5625 de demanda general, cocina de 8000 y secadora de 5000 suma una carga total de:
La suma es 5625 más 8000 más 5000, es decir 18625 voltamperios de carga calculada. A esa cifra hay que añadir después la mayor entre calefacción y aire acondicionado. Fuente: art. 220, parte III, del NEC.
15. La carga calculada anterior de 18625 voltamperios sobre un sistema de 240 voltios equivale a:
El cálculo es 18625 dividido entre 240, es decir 77,6 amperios. Ese valor determina la corriente mínima de la acometida, que después se lleva al dispositivo normalizado correspondiente. Fuente: art. 220.5 y art. 230.42 del NEC.
16. La acometida de una vivienda unifamiliar no puede tener una corriente nominal inferior a:
El código fija un mínimo de 100 amperios en tres hilos para la acometida de una vivienda unifamiliar, con independencia de que el cálculo dé un valor inferior. Fuente: art. 230.79(C) del NEC.
17. Una vivienda tiene 9000 voltamperios de calefacción eléctrica y 6500 de aire acondicionado. Al cálculo se añaden:
El código permite omitir la menor de las dos cargas cuando no pueden funcionar simultáneamente, de modo que se toma la mayor: 9000 voltamperios. Sumarlas duplica innecesariamente la acometida. Fuente: art. 220.60 del NEC.
18. Cuatro o más aparatos fijos distintos de cocina, secadora, calefacción y aire acondicionado admiten un factor de demanda del:
El código admite un factor de demanda del 75 por ciento cuando hay cuatro o más aparatos fijos en su sitio, excluidas cocinas, secadoras, calefacción y aire acondicionado. Con tres o menos se cuenta el cien por ciento. Fuente: art. 220.53 del NEC.
19. Cuatro aparatos fijos de 1200, 4500, 1000 y 900 voltamperios, con factor del 75 por ciento, aportan:
La suma es 7600 voltamperios y el 75 por ciento de esa cifra da 5700 voltamperios. El factor solo se aplica a partir de cuatro aparatos fijos. Fuente: art. 220.53 del NEC.
20. Tres aparatos fijos de 1500, 4500 y 1200 voltamperios aportan al cálculo:
El factor del 75 por ciento exige cuatro o más aparatos fijos; con tres se cuenta la suma completa, es decir 7200 voltamperios. Contar mal el número de aparatos es un error clásico. Fuente: art. 220.53 del NEC.
21. En el método opcional de vivienda, los primeros 10000 voltamperios de carga general se toman al:
El método opcional aplica el cien por ciento a los primeros 10000 voltamperios de carga general y el 40 por ciento al resto, tratando después la climatización por separado. Fuente: art. 220.82(B) del NEC.
22. Con una carga general de 33200 voltamperios, el método opcional da una demanda de:
El cálculo es 10000 al cien por ciento más el 40 por ciento de los 23200 restantes, es decir 10000 más 9280, lo que da 19280 voltamperios. Fuente: art. 220.82(B) del NEC.
23. En el método opcional de vivienda, la cocina eléctrica se computa:
El método opcional suma la potencia nominal completa de todos los aparatos, incluida la cocina, dentro de la carga general antes de aplicar el escalón del 40 por ciento. La climatización sí se trata aparte. Fuente: art. 220.82(B)(3) del NEC.
24. Comparado con el método estándar, el método opcional de vivienda suele dar:
Aunque el método opcional suma la potencia nominal completa de los aparatos, su escalón del 40 por ciento suele producir una carga calculada menor que la del método estándar, y por eso es el preferido en obra. Fuente: art. 220.82 y art. 220, parte III, del NEC.
25. Al calcular el neutro de una vivienda, la cocina y la secadora se computan al:
El código admite computar al 70 por ciento la parte de cocinas, hornos y secadoras al calcular el neutro, porque parte de su carga es de 240 voltios y no retorna por el neutro. Fuente: art. 220.61(B)(1) del NEC.
26. Con 8000 voltamperios de cocina y 5000 de secadora, la aportación al neutro es:
La suma es 13000 voltamperios y el 70 por ciento da 9100 voltamperios de aportación al neutro. La carga general se computa al cien por ciento en el neutro. Fuente: art. 220.61(B)(1) del NEC.
27. Las cargas conectadas exclusivamente entre dos fases, sin neutro, aportan al cálculo del neutro:
Una carga de 240 voltios sin neutro no produce corriente en ese conductor, de modo que no se computa al dimensionarlo. Ese es el fundamento de la reducción del neutro respecto de las fases. Fuente: art. 220.61(A) del NEC.
28. El número mínimo de circuitos derivados de 20 amperios para 6000 voltamperios de iluminación a 120 voltios es:
Un circuito de 20 amperios a 120 voltios admite 2400 voltamperios; 6000 dividido entre 2400 da 2,5, de modo que hacen falta tres circuitos. El número se redondea siempre hacia arriba. Fuente: art. 210.11(A) del NEC.
29. Con circuitos de 15 amperios a 120 voltios, la capacidad de cada uno es:
El producto 15 por 120 da 1800 voltamperios de capacidad nominal del circuito. Si la carga es continua, la utilizable baja al ochenta por ciento de ese valor. Fuente: art. 210.11(A) y art. 220.5 del NEC.
30. La carga continua máxima admitida en un circuito de 20 amperios a 120 voltios es:
El ochenta por ciento de 2400 voltamperios da 1920 voltamperios de carga continua admisible, que es la forma inversa de la regla del 125 por ciento. Fuente: art. 210.20(A) del NEC.
31. Con más de dos conductores, el área utilizable de una canalización es el:
La tabla del capítulo 9 fija el 53 por ciento con un solo conductor, el 31 por ciento con dos y el 40 por ciento con más de dos. Recordar los tres valores resuelve buena parte de las preguntas de llenado. Fuente: capítulo 9, tabla 1, del NEC.
32. Una canalización de 0,304 pulgadas cuadradas de área interior admite, con cuatro conductores:
Con más de dos conductores se aplica el 40 por ciento: 0,304 por 0,40 da 0,1216 pulgadas cuadradas de área utilizable. Los otros porcentajes corresponden a uno y a dos conductores. Fuente: capítulo 9, tabla 1, del NEC.
33. Cuatro conductores de 0,0133 pulgadas cuadradas cada uno ocupan:
El producto 4 por 0,0133 da 0,0532 pulgadas cuadradas, que se comparan después con el área utilizable de la canalización. Fuente: capítulo 9, tabla 5, y tabla 1 del NEC.
34. Con 0,0532 pulgadas cuadradas de conductores y 0,1216 de área utilizable, el resultado es:
Como 0,0532 es inferior a 0,1216, el llenado cumple. El procedimiento consiste siempre en comparar el área ocupada por los conductores con el área utilizable de la canalización. Fuente: capítulo 9, tabla 1, del NEC.
35. Un solo conductor en una canalización de 0,304 pulgadas cuadradas admite un área máxima de:
Con un único conductor el código admite el 53 por ciento del área interior: 0,304 por 0,53 da 0,1611 pulgadas cuadradas. Fuente: capítulo 9, tabla 1, del NEC.