El calentamiento del embarrado no siempre avisa en el ensayo. Aquel cuadro lo superó: mismo diseño, mismo ensayo, informe archivado. Dos años después, la termografía anual marca 32 K por encima del ambiente en un borne de salida. En ningún otro sitio.
El embarrado no cambió. La corriente tampoco. Lo que cambió está en la junta.
Y esa es la parte que casi ningún artículo sobre el tema explica bien, porque empieza por donde no toca: por una lista de factores que hacen subir la temperatura. Aquí vamos al revés. De dónde sale el calor, qué límite le aplica la norma de verdad, cómo se comprueba, y por qué el punto caliente casi siempre aparece en el mismo sitio.
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De dónde sale el calor
Localizas el origen real del calor cuando separas las pérdidas por efecto Joule de las que induce el campo magnético. Se mide en el reparto de pérdidas entre el conductor y su entorno.
El calentamiento del embarrado no tiene una sola fuente, y ahí empiezan casi todos los malentendidos. Dentro de un sistema de distribución eléctrica, todas esas fuentes acaban descargando su calor en el mismo volumen de aire.
La parte conocida. Toda corriente que atraviesa un conductor con resistencia disipa potencia: son las pérdidas por efecto Joule, proporcionales al cuadrado de la corriente. Doblar la corriente cuadruplica las pérdidas. Por eso el calentamiento nunca escala como la carga, y por eso un cuadro que va sobrado al 60 % puede no ir sobrado al 85 %.
Y la parte que los artículos de «cinco factores» se saltan. En corriente alterna la resistencia de la pletina no es la de continua.
- Efecto pelicular. La corriente alterna se concentra hacia la superficie del conductor. El centro de una pletina gruesa transporta menos de lo que su sección sugiere: la resistencia efectiva sube y el material del interior trabaja poco. Por eso, a igualdad de sección, varias pletinas delgadas se comportan mejor que una gruesa.
- Efecto de proximidad. Las fases contiguas se influyen. El campo de una redistribuye la corriente en la otra, el reparto dentro de cada barra deja de ser uniforme y aparecen zonas más cargadas que el promedio.
- Corrientes de Foucault. El campo magnético induce corrientes en las masas metálicas próximas —envolvente, tabiques, soportes— que también se calientan sin transportar nada útil. Ese calor no sale del embarrado, pero acaba dentro del mismo volumen de aire.
El contraste de material, en dos líneas. El aluminio tiene mayor resistividad, así que para la misma corriente necesita más sección; a cambio pesa bastante menos. Las tablas de intensidad admisible de pletinas de cobre parten justamente de ese reparto entre sección y calentamiento. Pero la diferencia que de verdad importa aquí no es la conductividad: es que una barra de aluminio forma óxido aislante en segundos, y eso pertenece al apartado de la junta.
| Criterio de decisión | Cobre electrolítico | Aluminio |
|---|---|---|
| Resistividad a 20 °C | ≈ 1,7 µΩ·cm | ≈ 2,8 µΩ·cm |
| Sección para la misma corriente | Referencia | ≈ 1,3–1,6 veces, según se dimensione por calentamiento o por resistencia |
| Peso a igual capacidad | Referencia | Del orden de la mitad |
| Preparación de la junta | Limpieza mecánica hasta el metal | Limpieza + compuesto inhibidor y montaje inmediato |
| Elígelo cuando… | El espacio manda, hay muchas juntas atornilladas o el nivel de cortocircuito es alto | Hay hueco para más sección y pesan más el peso y el coste de material |
El conductor no es la única pieza que se calienta, y su resistencia óhmica no es la única fuente. (Cuánta sección hace falta es otra pregunta, y tiene su propio artículo de dimensionado de embarrado.)
Qué límite se le aplica de verdad
Aplicas el criterio correcto de conformidad cuando entiendes que, para las barras, la norma no fija una temperatura de servicio: fija condiciones. Se mide contra los límites de la norma, no contra una cifra de catálogo.
Casi todo el material divulgativo dice «el embarrado no debe superar X kelvin». La UNE-EN IEC 61439-1 hace algo distinto. Sí fija límites cerrados para lo que se toca o se conecta:
| Elemento | Límite de calentamiento |
|---|---|
| Bornes para conductores externos | 70 K |
| Órganos de mando manuales, metálicos | 15 K |
| Órganos de mando manuales, aislantes | 25 K |
| Envolventes y cubiertas accesibles, metálicas | 30 K |
| Envolventes y cubiertas accesibles, aislantes | 40 K |
| Cubiertas accesibles pero no manipuladas en servicio normal | +10 K sobre los anteriores |
| Barras y conductores | Cinco condiciones, sin límite general de servicio (techo de 105 K para cobre desnudo, nota g) |
Una advertencia de lectura antes de seguir, porque este error se ve mucho: son kelvin de calentamiento sobre el ambiente, no grados absolutos. Bastante material didáctico escribe «70 °C para los bornes», y no es lo mismo. Con 30 °C de sala, 70 K son 100 °C en el borne. La propia tabla añade el matiz que casi nadie copia: los límites valen para una temperatura ambiente media de hasta 35 °C.
Y para las barras, en lugar de un valor de servicio, cinco condiciones. El límite lo marcan la resistencia mecánica del material conductor; los posibles efectos sobre el equipo adyacente; la temperatura admisible de los materiales aislantes en contacto con el conductor; el efecto de la temperatura del conductor sobre los aparatos conectados a él; y, en contactos enchufables, la naturaleza y el tratamiento superficial del material de contacto.
La consecuencia práctica, y es la tesis del artículo: el embarrado no se calienta de más en abstracto. Se calienta de más respecto de lo que aguanta lo que tiene al lado. El manguito que lo abraza, el borne al que llega, el interruptor que alimenta. El mismo embarrado, a la misma temperatura, puede ser conforme en un cuadro y no serlo en otro, porque lo que cambia no es la barra: es su vecindad.
Y ahora la cifra que circula por ahí: los 105 K. Existe y sale de la norma, pero casi siempre se cita mal. La nota (g) de la tabla dice que, suponiendo que se cumplan todos los demás criterios, no se superarán 105 K de calentamiento en barras y conductores de cobre desnudo. Y la propia norma explica de dónde sale el número: 105 K es el entorno en el que el cobre empieza a recocerse y a perder resistencia mecánica. No es una temperatura de diseño. Es un techo que solo entra en juego cuando las cinco condiciones anteriores ya se cumplen.
Dos lecturas erróneas, muy frecuentes. La primera, confundir kelvin con grados: 105 K sobre un ambiente medio de 35 °C son 140 °C en la barra, no 105 °C. La segunda, tratar el techo como objetivo de diseño. En un cuadro real el vecino se rinde mucho antes: 70 K en el borne, y los manguitos termorretráctiles o los elementos de sujeción y aislamiento del embarrado suelen quedarse en 105 °C o 125 °C absolutos según producto —comprueba siempre la ficha, porque varía—. Por eso lo que importa de esa nota no es el número: son las palabras que lo condicionan.
Nuestras máquinas trabajando
Cómo se comprueba el calentamiento del embarrado: el ensayo de tipo
Interpretas correctamente un informe de ensayo cuando lees el factor de simultaneidad además de la corriente asignada. Se mide en saber qué carga se aplicó realmente.
El ensayo de calentamiento es un ensayo de tipo: se hace una vez, sobre un ejemplar, en la configuración más desfavorable. Los conjuntos homologados para conectarse a red de distribución se ensayan por este procedimiento en laboratorio acreditado, como recogen las especificaciones particulares publicadas por el Ministerio de Industria.
Dos condiciones cambian cómo se lee el resultado.
El ambiente del ensayo está entre +10 °C y +40 °C. Un resultado obtenido a 20 °C no dice lo mismo para un cuadro instalado en una sala de máquinas a 35 °C. El margen que sobraba en el laboratorio puede no existir en la planta, y nadie lo descubre hasta el primer verano.
La corriente se afecta por el factor de simultaneidad, también llamado factor de diversidad: no todas las salidas van a plena carga a la vez. Es una hipótesis de uso razonable, no el peor caso imaginable. Un informe con un factor de simultaneidad optimista y una instalación que lo desmiente son dos documentos que no hablan del mismo cuadro.
De ahí lo que el ensayo demuestra y lo que no. Demuestra que ese conjunto, en esa configuración, con esa hipótesis de carga, se mantiene dentro de los límites. No demuestra que el ejemplar número 400 se comporte igual si el embarrado se fabricó con otra tolerancia o si la junta se apretó a ojo.
El ensayo valida un diseño. Lo que ocurre después depende de la fabricación y del montaje. Y ahí es donde apareció el punto caliente de la entradilla.
La junta: donde nace el punto caliente
Eliminas el punto caliente en su origen cuando preparas la superficie y aprietas al par especificado. Se mide en la resistencia de contacto, en microohmios, y en su estabilidad a lo largo del tiempo.
Volvamos a los 32 K de aquel borne. El calor no venía de la barra: venía de la unión.
El mecanismo, paso a paso. Dos superficies atornilladas no se tocan en toda su área. Se tocan en un número finito de puntos reales de contacto, y la resistencia de la unión depende de cuántos son y de lo limpios que están. Con óxido, rebaba o suciedad, los puntos efectivos se reducen y la resistencia de contacto sube.
Y entonces empieza el ciclo que hace el daño:
más resistencia → más calor en la junta → el metal se dilata y el apriete cede → menos presión de contacto → más resistencia todavía
Se realimenta. Por eso un punto caliente no se estabiliza nunca: empeora. Un borne que este año marca 20 K por encima de sus homólogos no va a quedarse ahí, y por eso la junta encabeza casi todas las listas de fallos del embarrado y cómo prevenirlos.
Las cuatro cosas que lo evitan:
- Superficie limpia hasta el metal, inmediatamente antes de montar. En pletina de cobre electrolítico basta con la limpieza mecánica; en aluminio hace falta además compuesto inhibidor, porque el óxido se rehace en segundos.
- Par de apriete según la instrucción del fabricante del conector, verificado con llave dinamométrica calibrada. No de memoria, y no «a mano fuerte».
- Arandela Belleville, que mantiene la presión mientras el metal dilata y contrae. Una arandela plana no hace eso, y una junta que se afloja una vez no se recupera sola.
- Registro del valor y la fecha, con verificación del par a los seis o doce meses siguiendo la instrucción del fabricante. Sin registro, el siguiente equipo no sabe qué encontró el anterior.
Y el dato que cierra el apartado: la resistencia de contacto se mide, con micro-ohmímetro, y se compara contra el valor de diseño. Es la única forma de saber si una junta está bien antes de que la termografía te lo diga cuando ya está caliente.
Qué aporta la fabricación
Reduces la dispersión entre juntas de una misma serie cuando controlas corte, taladro y acabado dentro de tolerancia. Se mide en el margen entre la mejor y la peor resistencia de contacto del cuadro.
Del apartado anterior sale una consecuencia que rara vez se escribe: la resistencia de contacto no es una propiedad del diseño. Es un resultado de la fabricación.
Posición del taladro. Un taladro desplazado obliga a forzar la pletina para que entre el tornillo. La barra queda con tensión, la superficie de apoyo no asienta plana y la presión de contacto se reparte mal. La junta nace ya con más resistencia de la prevista, y ningún par de apriete lo corrige.
Planitud y acabado. Una superficie ondulada o con rebaba reduce los puntos reales de contacto. Y la rebaba, además, impide que el aislamiento aplicado asiente bien (el proceso de desbarbado se trata en el artículo de control de calidad en cuadros eléctricos).
Repetibilidad. En una serie de cuarenta cuadros, lo que importa no es la mejor junta: es la peor. La termografía encontrará esa.
El corte, punzonado y plegado CNC reducen la dispersión dimensional entre piezas de una misma serie, y con ella la dispersión de la resistencia de contacto entre juntas.
Termografía: comprobar en carga
Detectas la junta que se degrada antes de que falle cuando inspeccionas con la instalación en carga real. Se mide por el gradiente frente a puntos homólogos del mismo cuadro.
El ensayo valida el diseño. La termografía vigila la instalación.
El error de campo más común, y conviene decirlo pronto: una termografía tomada sin carga o con carga baja no muestra nada. El defecto solo calienta cuando pasa corriente. Una inspección termográfica hecha en parada produce un informe limpio y falso, y esa es la peor combinación posible: tranquiliza.
Cómo se lee bien. El valor absoluto importa menos que el gradiente. Se compara la junta sospechosa con las homólogas del mismo cuadro, a la misma carga y en el mismo momento. Tres bornes iguales y uno más caliente es un hallazgo aunque los cuatro estén por debajo del límite, porque los tres primeros están diciendo cuál era la temperatura normal de ese punto.
Qué se registra. Temperatura, carga en el momento de la medida, ambiente y punto exacto. Sin la carga anotada, la medición no es comparable con la del año siguiente. Y la comparación interanual es justamente lo que detecta la degradación lenta: una junta que sube tres kelvin cada año no dispara ninguna alarma, pero lleva seis años avisando.
La termografía infrarroja no sustituye a la medida de resistencia de contacto: llega después. Una detecta el síntoma; la otra mide la causa.
Y una nota de seguridad, en una línea: la inspección se hace en carga, así que exige procedimiento de trabajo y personal habilitado (se desarrolla en el artículo de seguridad).
Un solo punto caliente casi nunca es un problema de sección
Vuelve al borne de la entradilla. Aquel cuadro estaba bien calculado y bien ensayado, y aun así tenía un defecto. No era una contradicción: era la secuencia normal.
La cadena, en una línea: las pérdidas nacen en el conductor, pero el fallo aparece en la junta; la norma no limita la barra sino a sus vecinos; el ensayo valida el diseño y la fabricación decide la serie; la termografía en carga lo confirma.
Una idea para llevarse. Si un cuadro tiene un solo punto caliente, el problema casi nunca es el dimensionado: un embarrado mal calculado se calienta entero. El calentamiento del embarrado repartido es un problema de proyecto; el calentamiento localizado es, casi siempre, un problema de montaje.
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