cableado alimentacion

CÁLCULO
SECCIÓN
CABLEADO DE
ALIMENTACIÓN
V 1.0 – SEPTIEMBRE 2005
CÁLCULO
CÁLCULO DE LA SECCIÓN MÍNIMA DEL
DEL
CABLEADO DE ALIMENTACIÓN
Longitud del cable en metros
Corriente máxima en el cable (A)
0 - 1.2
1.2 – 2.1
2.1 - 3
3 - 3.9
3.9 – 4.8
2
4.8 – 5.7
8mm
2
8mm
2
8mm
2
8mm
2
8mm
20-35 A
8mm
2
8mm
2
8mm
2
8mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35-50 A
8mm
2
8mm
2
8mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
50-65 A
8mm
2
8mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
65-85 A
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
85-105 A
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
105-125 A
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
50mm
2
50mm
2
125-150 A
35mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
50mm
2
50mm
2
50mm
2
8mm
2
6.8 - 8.4
0-20 A
8mm
2
5.7 – 6.8
8mm
2
1. Sumar todas las potencias rms de nuestros
amplificadores (Pamplificadores).
2. Obtener la potencia total demandada al vehículo:
PTOTAL=2xPamplificadores (W)
3. Obtener corriente máxima (Amperios):
I=PTOTAL / 13 (A)
4. Con la I y la longitud en metros del cable de
alimentación, buscar sección mínima en la tabla.
Para calcular la sección mínima de cable que necesita nuestro sistema debemos sumar las potencias rms de todos los amplificadores que estén conectados a
dicho cable teniendo en cuenta si están conectados en mono o en estéreo. Un amplificador con 2x50W rms en estéreo y 200W rms en mono contaría como 100W
(50+50) si lo tenemos conectado en estéreo o 200W si lo tenemos conectado en mono. El resultado lo multiplicaremos por 2 para tener en cuenta la eficiencia de
los amplificadores y lo dividiremos por 13 para obtener la corriente eléctrica que demandan nuestros amplificadores. Con este dato y con la longitud del cable
que tengamos desde la batería hasta los amplificadores buscaremos en la tabla la sección mínima del cableado de alimentación, que deberemos respetar
tanto para el cable positivo como para el negativo, que deberemos conectar a la batería del vehículo.
Conversión AWG-mm2
AWG
16
14
12
10
8
6
4
2
0
00
2
1.5
2.5
3.5
6
8
12
20
35
50
70
mm
Cableado alimentación.
Pag. 1
CABLEADO. SECCIÓN MÍNIMA DEL CABLEADO DE ALIMENTACIÓN.
El cableado y los accesorios en instalaciones de sonido constituyen un apartado que
merece tanta atención como el resto de los componentes. No debemos olvidar que ellos
son los encargados de transportar la señal de audio y el suministro de corriente, por lo que
el correcto funcionamiento de nuestro sistema de audio también depende directamente de
la calidad del cableado y los accesorios como distribuidores, portafusibles, etc. Cuidando
este apartado mejoraremos, además de la calidad y potencia del sonido, la seguridad y la
durabilidad del sistema. Dentro de las consideraciones que tendremos que hacer para
elegir el cableado de nuestro sistema de audio, quizás las más importantes sean las que
deciden la sección del cableado de alimentación.
¿Cómo se comporta un cable al circular la corriente eléctrica por él?
Un cable es simplemente un conductor de corriente eléctrica y, como tal, tiene un
comportamiento determinado cuando la corriente eléctrica atraviesa su sección.
La impedancia (Z) de un conductor eléctrico es la oposición al paso de la corriente
eléctrica que ejerce dicho conductor. Teniendo en cuenta que un cable, sea cual sea su
calidad, siempre se considerará como una impedancia eléctrica (que nosotros, para
simplificar, consideraremos sólo como una resistencia), queda claro que este cable puede
afectar bastante al rendimiento de un sistema de audio, donde es fundamental la máxima
transferencia de tensión eléctrica o voltaje.
¿Qué ocurre si a mi amplificador no le llega la tensión de alimentación suficiente?
Todo amplificador necesita una tensión de alimentación estable y determinada de manera
que, si el conductor de corriente conectado al mismo provoca una caída de tensión, el
amplificador no tendrá una alimentación correcta (los 12 voltios de la batería no llegarán
totalmente hasta el amplificador) y no se comportará como nos indica el fabricante. La falta
de tensión de alimentación en el amplificador provocará, como mínimo, una disminución de
su potencia de salida pero en muchos casos puede llegar a quemar el amplificador o
hacerlo funcionar de forma incorrecta (distorsión excesiva, continua en la salida) y quemar
los altavoces que tengamos conectados al amplificador
Cableado alimentación.
Pag. 2
¿De qué depende la resistencia del cableado?
Para obtener la resistencia de un cable utilizaremos la fórmula:
R=ρ
L
S
Donde ρ es el coeficiente de resistividad (lo buen o mal conductor que es) del material
conductor, L la longitud del cable y S su sección o área. La resistencia se mide en ohmios
(Ω).
Vemos que la resistencia del cable es directamente proporcional a su longitud y su
coeficiente de resistividad e inversamente proporcional a su sección (más longitud o más
resistividad: más resistencia, más sección: menos resistencia).
Cable más largo:
Mayor resistencia
Cable más corto:
Menor resistencia
Cable más grueso:
Menor resistencia
Cable menos grueso:
Mayor resistencia
Una vez tenemos claro que un cable queda caracterizado por su resistencia, es sencillo
deducir, aplicando la ley de Ohm (V=RxI), que tendremos una caída de tensión (V) en el
mismo, dependiente de la corriente (I) que soporte y de su resistencia (R). La tensión
eléctrica o voltaje se mide en voltios (V), la corriente o intensidad eléctrica se mide en
amperios (A) y la resistencia eléctrica se mide en ohmios (Ω).
Ley de Ohm:
V = R×I
+
I
V
-
R
Cableado alimentación.
Pag. 3
¿Cómo influye la resistencia del cable en la tensión de alimentación de mi
amplificador?
Si aplicamos la ley de Ohm a la conexión existente entre una batería y un amplificador,
podemos ver el efecto negativo de la resistencia del cable.
+
Vcable
-
+
+
Itotal
Zcable
(R)
Vbatería
Vamplificador
Zamplificador
-
-
Batería
Cable
Amplificador
En el circuito anterior nos interesa tener la máxima tensión en la entrada de alimentación
del amplificador (Vamplificador). La expresión de esta tensión viene dada por:
Vamplificador = Vbatería ⋅
Z amplificador
Z amplificador + Z cable
De donde es directo deducir que cuanto mayor sea la resistencia del cable, menor será la
tensión en la entrada de alimentación del amplificador.
¿Cómo puedo minimizar el efecto de la resistencia del cable sobre el amplificador?
Existen tres maneras de reducir esa resistencia (recordemos cuál era la expresión de la
resistencia de un cable).
-
Reducir la longitud del cable.
-
Aumentar la sección del cable.
-
Emplear cables hechos de materiales con menor resistividad.
Normalmente sólo podemos adaptar a nuestras necesidades la longitud y la sección de
cable, por lo cual nos centraremos en ellas.
Cableado alimentación.
Pag. 4
¿Cómo elijo la sección mínima de mi cableado de alimentación?
Para saber si la sección de cable de alimentación es la correcta, existen tablas que
muestran la sección mínima de cable en función del consumo de corriente eléctrica en
amperios y la longitud del cable en metros. Un ejemplo de este tipo de tablas es el
siguiente:
Longitud del cable en metros
Corriente máxima en el cable (A)
0 - 1.2
1.2 – 2.1
2.1 - 3
3 - 3.9
3.9 – 4.8
2
4.8 – 5.7
8mm
2
8mm
2
8mm
2
8mm
2
8mm
20-35 A
8mm
2
8mm
2
8mm
2
8mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35-50 A
8mm
2
8mm
2
8mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
50-65 A
8mm
2
8mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
65-85 A
20mm
2
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
85-105 A
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
105-125 A
20mm
2
20mm
2
20mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
50mm
2
50mm
2
125-150 A
35mm
2
35mm
2
35mm
2
35mm
2
50mm
2
50mm
2
50mm
2
50mm
2
8mm
2
6.8 - 8.4
0-20 A
8mm
2
5.7 – 6.8
8mm
2
El uso de las secciones de cable detalladas en la tabla garantiza (en el caso de usar cable
de cobre) una caída de tensión en el mismo menor a 0.5 V. La tabla tiene en cuenta las
pérdidas medias que producen las resistencias introducidas por los conectores.
La unidad de medida Europea para secciones de cableado es el mm2, aunque en el Car
Audio es fácil encontrar datos de secciones en la unidad de medida AWG (American Wire
Gauge) que es la empleada en EEUU.
Esta es la conversión de AWG a mm2:
AWG
16
14
12
10
8
6
4
2
0
00
mm2
1.5
2.5
3.5
6
8
12
20
35
50
70
Cableado alimentación.
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¿Cómo calculo la corriente eléctrica que va a circular por mi cableado de
alimentación?
La ley de Joule relaciona la potencia disipada en una carga (en nuestro caso, los
amplificadores) con la tensión eléctrica que hay entre sus dos extremos y la corriente que
la atraviesa:
Ley de Joule
Potencia en una carga
P =V ×I
+
I
V
-
Z
La tensión de alimentación de los amplificadores (V) es fija (la tensión de la batería o del
alternador del vehículo), por lo que nuestros amplificadores requerirán una corriente
eléctrica (I) que dependerá de su potencia (P).
Para calcular la corriente que fluirá por un cable de alimentación de amplificadores, deben
sumarse las potencias rms de todos los amplificadores que estén conectados al mismo,
multiplicarlas por 2 y dividir el resultado por 13. Esto es así porque se considera una
eficiencia media de los amplificadores del 50% (por cada vatio de potencia que nos dan,
consumen 2W), y una tensión de alimentación de los mismos de 13 V. Si los
amplificadores usados tienen una eficiencia superior al 50% (como ocurre, por ejemplo, en
los amplificadores clase D), su potencia no debe multiplicarse por 2, sino por el coeficiente
adecuado a su eficiencia, que se puede calcular con una sencilla regla de tres que resulta
en la fórmula:
γ =
100
Eficiencia(%)
Así, en el caso de un amplificador clase D, cuya eficiencia típica suele ser
aproximadamente del 75%, debe multiplicarse su potencia por 1.33 en lugar de 2, lo cual
reducirá considerablemente tanto la necesidad de baterías adicionales como de sección de
cable.
Cableado alimentación.
Pag. 6
Ejemplo práctico para calcular la corriente de un sistema de amplificadores y la
sección mínima de cable que se debe utilizar.
Supongamos que tengo un sistema con dos amplificadores iguales: las potencias
indicadas por el fabricante son 2x50W rms @ 4 ohmios (estéreo) o 1x200Wrms @
4ohmios (mono). Utilizamos una de ellas para un conjunto delantero y la otra, en mono,
para un subwoofer. La longitud del cable desde la batería hasta los amplificadores es de 5
metros. ¿Cuánta corriente va a demandar nuestro sistema de sonido? ¿Qué sección
mínima debe tener el cableado de alimentación?
La potencia total de nuestro sistema son 50+50+200=300Wrms, pero como nuestros
amplificadores necesitan consumir 2W por cada W que nos dan en la salida, para darnos
los 300W necesitarán consumir 600W. Sabemos que la tensión de alimentación de
nuestros amplificadores es de 13V luego, aplicando la ley de Joule, sabemos que:
P = V × I → 600 = 13 × I
Con lo que la corriente total que va a necesitar nuestro sistema de sonido es de:
I=
600
= 46 A
13
Si miramos ahora la tabla de secciones mínimas en función de la longitud del cable (5
metros) y la corriente que lo atraviesa (46 Amperios) tenemos que, como mínimo, el cable
debe tener 20mm2. Es importante remarcar que tanto el cable positivo como el negativo
deben tener esta sección como mínimo.
Cableado alimentación.
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