CÁLCULO SECCIÓN CABLEADO DE ALIMENTACIÓN

Transcripción

1 CÁLCULO SECCIÓN CABLEADO DE ALIMENTACIÓN V 1.0 SEPTIEMBRE 2005

2 Corriente máxima en el cable (A) CÁLCULO DE LA SECCIÓN MÍNIMA DEL CABLEADO DE ALIMENTACIÓN Longitud del cable en metros A 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm A 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm A 8mm 2 8mm 2 8mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm A 8mm 2 8mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm A 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm A 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm A 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm 2 50mm 2 50mm A 35mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm 2 50mm 2 50mm 2 50mm 2 1. Sumar todas las potencias rms de nuestros amplificadores (P amplificadores ). 2. Obtener la potencia total demandada al vehículo: P TOTAL =2xP amplificadores (W) 3. Obtener corriente máxima (Amperios): I=P TOTAL / 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 (5050) 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 AWGmm 2 AWG mm Cableado alimentación. Pag. 1

3 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

4 De qué depende la resistencia del cableado? Para obtener la resistencia de un cable utilizaremos la fórmula: L R = ρ 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: Cable más corto: Mayor resistencia Menor resistencia Cable más grueso: Cable menos grueso: Menor resistencia 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 V = R I I R Cableado alimentación. Pag. 3

5 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. V cable V batería I total Z cable (R) V amplificador Batería Cable Z amplificador Amplificador En el circuito anterior nos interesa tener la máxima tensión en la entrada de alimentación del amplificador (V amplificador ). La expresión de esta tensión viene dada por: V amplificador = V batería Z Z amplificador amplificador De donde es directo deducir que cuanto mayor sea la resistencia del cable, menor será la tensión en la entrada de alimentación del amplificador. Z cable 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

6 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 A 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 Corriente máxima en el cable (A) 2035 A 8mm 2 8mm 2 8mm 2 8mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm A 8mm 2 8mm 2 8mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm A 8mm 2 8mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm A 20mm 2 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm A 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm A 20mm 2 20mm 2 20mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm 2 50mm 2 50mm A 35mm 2 35mm 2 35mm 2 35mm 2 50mm 2 50mm 2 50mm 2 50mm 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 mm 2, 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 mm 2 : AWG mm Cableado alimentación. Pag. 5

7 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 V P = V I I 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

8 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 4 ohmios (estéreo) o 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 =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: 600 I = = 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 20mm 2. Es importante remarcar que tanto el cable positivo como el negativo deben tener esta sección como mínimo. Cableado alimentación. Pag. 7

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