Cuando utilizamos una soldadora de arco, una de las partes principales son los cables para conectar el portaelectrodo y la pinza de tierra. Uno de los problemas más comunes es el sobrecalentamiento el cableado, lo cual puede derretir el forro causando un corto circuito. Además, la caída excesiva de voltaje causada por un cable portaelectrodo delgado disminuye el rendimiento de la soldadora.

En este artículo explicaré cómo determinar el calibre del cable portaelectrodo más adecuado, dependiendo de factores como amperaje de soldadura a utilizar y longitud requerida del cable.

Resistencia eléctrica de un cable portaelectrodo

Aplicando la ley de Pouillet podemos calcular la resistencia eléctrica de cualquier cable portaelectrodo por medio de la fórmula siguiente

soldadora de arco

Donde ρ es una constante llamada resistividad eléctrica que depende del material conductor, en el caso del cobre  Ω∙m, l es la longitud en metros del conductor. A es el área en m2 de la sección del conductor.

Si tenemos un cable portaelectrodo de un metro de longitud entonces su resistencia eléctrica es

soldadora de arco

Y si tenemos un cable de longitud L entonces su resistencia es
soldadora de arco

 

Esto quiere decir que si tenemos la resistencia de un metro de cable, solo debemos multiplicarla por L para obtener la resistencia del cable de longitud L.

Por ejemplo para calcular la resistencia eléctrica de un cable de cobre calibre 2 de 22 metros de largo:

Usualmente, en los cables viene impresa la sección en milímetros cuadrados, podemos verificar que el calibre 2 tiene una sección de 33.6mm2 que equivale en metros cuadrados a 0.0000336m2

Aplicando la ley de Pouillet  a un solo metro de cable obtenemos el siguiente resultado

soldadora de arco

Por lo tanto, la resistencia en los 22 metros de cable es de

0.0005Ω x 22=0.011Ω

De la misma manera podemos calcular la resistencia eléctrica de cualquier cable eléctrico. En la siguiente tabla podemos ver una tabla con la sección y resistencia de los calibres de cable portaelectrodo de cobre más comunes:

Calibre del cable Area de la sección en mm2 Area de la sección en m2 Resistencia eléctrica por metro Ω
0000 (4/0) 107.2193 0.0001072193 0.00015669
000 (3/0) 85.0288 0.0000850288 0.00019758
00 (2/0) 67.4309 0.0000674309 0.00024914
0 (1/0) 53.4751 0.0000534751 0.00031416
2 33.6308 0.0000336308 0.00049954
4 21.1506 0.0000211506 0.0007943
6 13.3018 0.0000133018 0.00126299
8 8.3656 0.0000083656 0.00200822

Ahora veamos en el siguiente dibujo de una soldadora de arco con cables en el portaelectrodo y pinza de tierra. Los cables son de calibre 2 de 25 metros cada uno, y la corriente de soldadura es de 130amp.

La resistencia eléctrica de cada cable de 25m es:

R= 0.0005Ω x 25=0.0125Ω

Y la caída de voltaje la podemos calcular utilizando la ley de Ohm

V = I x R = 130 amp x 0.0125 Ω = 1.625V

Como se observa en la imagen, aunque la soldadora suministra un voltaje de 27V, a la soldadura únicamente le llegan 23.75V.

soldadora de arco

Potencia perdida en los cables

Ahora vamos a calcular la potencia o energía que se pierde en el cable. La fórmula para calcular la potencia en watts disipada es la siguiente:

P=V∙I

Los watts seguramente son familiares para el lector, ya que muchos aparatos cotidianos se clasifican según su potencia o wattaje.

 En el ejemplo anterior la potencia disipada en cada uno de los cables calibre 2 de 25 metros es de:

P = V∙I = 1.625V x 130amp= 211.25 W

Si tenemos en cuenta que la potencia total que está entregando la máquina es de:

P = 27V x 130amp = 3510 W

Entonces, esos 422.5 Watts = 211.25Watts x 2 perdidos en el cableado representan el 12% de la potencia total. Este porcentaje es bastante alto, además de causar perdida en la eficiencia de la soldadora puede también generar un exceso de calentamiento en el cableado.

Calentamiento y Ampacidad del cable

Los fabricantes de cable usualmente cuentan con tablas donde se indica la corriente máxima del cable que puede soportar en un uso continuo sin sobrecalentarse. Esta característica del cable es  llamada ampacidad, y se determina experimentalmente para los cables de diferentes calibres bajo diferentes circunstancias. Por ejemplo, al aire libre el cable se calienta menos que dentro de un ducto sin ventilación, o los cables con varios polos se calientan más que los de un solo polo.

A continuación mostramos la tabla de ampacidad del cable portaelectrodo marca Ikura al aire libre a una temperatura de 30°C

Calibre de cable ampacidad continua al aire libre a 30°C
8 24
6 38
4 72
2 125
1/0 187
2/0 235
3/0 280
4/0 330

Vemos en la tabla que la ampacidad del cable calibre 2 es de 125amp, por lo que en el ejemplo anterior, este cable resultaría inadecuado para soldar de manera continua a 130amp si la temperatura ambiente es de 30°C,  en ambientes más fríos es probable que no se sobrecaliente. Aun así, por la pérdida de potencia que se produce en los cables calibre 2, esta opción resulta poco deseable.

Comparación entre cables de diferentes calibres

Como podemos ver en las tablas de ampacidad, los cables más gruesos que el calibre 2 no se sobrecalientan con una corriente mayor a los 130amp que requerimos.  Pero analicemos ahora las pérdidas de potencia.

En cable calibre 1/0 la caída de voltaje y potencia son los siguientes:

V = I x R = 130 amp x 25 x 0.00031416 Ω = 1.021V

P = V∙I = 1.021V x 130amp= 132.73 W

Porcentaje de perdida = 132.73W x 2 / 3510 W = 7.56%

En cable calibre 2/0

V = I x R = 130 amp x 25 x 0.00024914 Ω = 0.81V

P = V∙I = 0.81V x 130amp= 105.26 W

Porcentaje de perdida = 105.26W x 2 / 3510 W = 6%

Y en cable calibre 4/0

V = I x R = 130 amp x 25 x 0.00015669 Ω = 0.509V

P = V∙I = 0.81V x 130amp= 66 W

Porcentaje de perdida = 105.26W x 2 / 3510 W = 3.8%

Como podemos notar, nunca vamos a poder evitar las pérdidas de potencia producidas en el cableado en una soldadora de arco, pero sí reducirlas a un porcentaje aceptable según los requerimientos o normas a seguir.

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