Unidad 3

Interpretación profesional: la potencia tiene 5 caras

La potencia no es solo "watts". Para el técnico profesional, cada watt representa simultáneamente:

• Calor que el cable y los equipos tienen que disipar
• Consumo que aparece en el medidor de la compañía
• ️ Temperatura en el aislamiento, las conexiones y el entorno
• Dinero en el recibo de luz al final del mes
• Riesgo si excede la capacidad de algún elemento del circuito

Mini-quiz 3.1 (resuelve mentalmente antes de continuar)

Pregunta 1 — Un calefactor eléctrico de 1500 W se conecta a 120 V. ¿Cuál es la corriente que circula?

Pregunta 2 — Si el conductor de ese ramal tiene 0.4 Ω de resistencia total ida-vuelta, ¿cuánta potencia se disipa solamente en el cable?

Pregunta 3 — ¿Por qué un motor de 1 HP (≈ 746 W) demanda más amperaje que un foco de 750 W aunque entreguen casi la misma "potencia"?

Respuestas al final de la unidad.

Diferencia clave: Potencia vs Energía

Potencia (W) = cuánta energía consume el equipo *en cada instante*. Energía (Wh) = cuánta energía consume *acumulada en un tiempo*. Es la diferencia entre el velocímetro (km/h, potencia) y el odómetro (km recorridos, energía). La compañía eléctrica te cobra el odómetro.

Fórmula de energía

E = P cdot t quadRightarrowquad E[text{kWh}] = frac{P[text{W}] cdot t[text{h}]}{1000}

Datos del problema

• Equipo: mini-split de 1.5 toneladas, 1 500 W nominales
• Uso típico en verano: 8 horas/día
• Tarifa CFE 1C (verano, intermedia): ≈ $3.50 MXN/kWh

Paso 1 — Energía diaria

`E_día = 1500 W × 8 h = 12 000 Wh = 12 kWh/día`

Paso 2 — Energía mensual

`E_mes = 12 kWh × 30 = 360 kWh/mes`

Paso 3 — Costo mensual

`Costo = 360 kWh × $3.50 = $1 260 MXN/mes`

Valor profesional: este cálculo te permite vender un mini-split de inverter (consume ~30% menos) demostrando con números que el cliente recupera la diferencia en 18–24 meses. Eso es lenguaje de negocio, no solo técnico.

Cómo leer el recibo eléctrico (CFE Tarifa 1, 1A, 1B, 1C, DAC)

Un recibo de CFE tiene tres bloques de consumo en tarifas domésticas:

| Bloque | kWh / mes (verano 1C) | Precio aprox. MXN/kWh | Lectura técnica |

| ----------------------------------- | --------------------------------- | ------------------------- | ------------------------------- |

| Básico | 0 – 150 | ~$0.95 | Hogar eficiente |

| Intermedio bajo | 151 – 300 | ~$1.20 | Uso normal |

| Intermedio | 301 – 750 | ~$3.50 | Aires acondicionados |

| Excedente | 751 + | ~$4.80 | Riesgo de pasar a DAC |

| DAC (Doméstica de Alto Consumo) | >875 kWh/mes promedio (12 meses) | ~$6.20 sin subsidio | Tarifa castigada permanente |

️ Trampa común que el técnico profesional detecta

Cuando un cliente pasa a tarifa DAC, pierde el subsidio para siempre hasta que su promedio anual baje. Tu trabajo es dimensionar y recomendar equipos de menor consumo (LED, inverter, refrigeradores A+++) y, si es viable, proponer un sistema fotovoltaico interconectado. Eso convierte tu visita en una venta consultiva.

Tabla de consumos típicos residenciales (memorízala)

| Equipo | Potencia típica | Horas/día promedio | kWh/mes |

| ----------------------------- | --------------------------------- | ---------------------- | ----------- |

| Foco LED 9 W | 9 W | 5 h | 1.35 |

| Foco incandescente 60 W | 60 W | 5 h | 9 |

| Refrigerador estándar | 150–250 W (ciclos) | 24 h compresor 30% | 50–100 |

| Lavadora | 500 W lavado + 2 000 W calentador | 1 h | 30–60 |

| Microondas | 1 200 W | 0.25 h | 9 |

| Plancha | 1 200 W | 0.5 h | 18 |

| Aire acondicionado 1 ton | 1 100 W | 8 h | 264 |

| Calentador eléctrico (boiler) | 1 500–4 500 W | 1–2 h | 90–270 |

| TV LED 50" | 80 W | 5 h | 12 |

| PC + monitor | 200 W | 4 h | 24 |

| Bomba de agua 1/2 HP | 370 W | 1 h | 11 |

Regla mental de campo (úsala siempre)

A 120 V, cada 120 W ≈ 1 A. Más rápido aún: 1 000 W ≈ 8.3 A. A 240 V, cada 240 W ≈ 1 A. Estas dos reglas te permiten estimar amperaje en segundos sin calculadora.

Concepto clave

No todo opera al mismo tiempo. Si sumas la potencia nominal de todos los equipos de una casa o local, obtienes la carga conectada (instalada). Si todo eso operara simultáneamente al 100%, dimensionarías un cableado y un transformador 2-3 veces más grande del que realmente se necesita. La demanda máxima es la potencia que efectivamente circula al mismo tiempo. La relación entre ambas es el factor de demanda (FD).

Fórmula del factor de demanda

FD = frac{text{Demanda m'axima}}{text{Carga conectada}} quadRightarrowquad P_{text{dise~no}} = P_{text{instalada}} cdot FD

Factores de demanda típicos (resumen NEC Art. 220)

| Tipo de carga | Referencia NEC | Rango FD típico |

| -------------------------------------- | ------------------------ | ----------------------------------------------- |

| Iluminación general residencial | 220.42 | 1.00 hasta 3 000 VA; 0.35 de 3 001 a 120 000 VA |

| Tomacorrientes generales residenciales | 220.14(J) | Incluidos en 1 500 VA/circuito de 20 A |

| Aparatos cocina (4+ unidades) | 220.55 Tabla | 0.50–0.65 |

| Secadora ropa eléctrica | 220.54 | 1.00 hasta 5 kW; 0.75–0.50 más |

| Calefacción / Aire acond. | 220.60 | Se usa la mayor entre las dos, no se suman |

| Servicio para vivienda completa | 220.83 (método opcional) | 1.00 primeros 10 kVA; 0.40 sobre 10 kVA |

| Comercial — pequeño comercio mixto | 220.14 | Varía por tipo de uso |

| Motores (varios en un circuito) | 430.24 | 100% del mayor + 25% de los demás |

Referencia legal: los valores anteriores son una guía de campo. Siempre confirma contra la edición vigente del NEC (NFPA 70) y, en México, contra la NOM-001-SEDE. Para acometidas residenciales, el método opcional del NEC 220.83 es el más rápido y aceptado por inspectores.

Cargas instaladas (datos reales de campo)

| Carga | Potencia (W) | Comentario |

| ------------------------------------------------ | ---------------- | -------------------- |

| Iluminación general (90 m² × 33 VA/m²) | 2 970 | NEC 220.12 |

| 2 circuitos pequeños aparatos cocina (2 × 1 500) | 3 000 | NEC 210.11(C)(1) |

| 1 circuito lavadero (1 500) | 1 500 | NEC 210.11(C)(2) |

| Lavadora | 1 200 | Dedicado |

| Secadora eléctrica | 5 000 | NEC 220.54 |

| Estufa eléctrica | 8 000 | NEC 220.55 |

| Mini-split 1 ton | 1 100 | NEC 220.60 |

| Calentador agua eléctrico | 4 500 | NEC 220.53 (>= 1 kW) |

| Total carga instalada (P_inst) | 27 270 W | |

Aplicación del método opcional NEC 220.83

| Componente | Cálculo | Carga de cálculo |

| ----------------------- | ------------- | -------------------- |

| Primeros 10 kVA | 10 000 × 1.00 | 10 000 VA |

| Resto (27 270 − 10 000) | 17 270 × 0.40 | 6 908 VA |

| Demanda total | | 16 908 VA |

Corriente de la acometida (servicio 120/240 V monofásico)

`I = 16 908 VA / 240 V = 70.45 A`

Decisión técnica del Master Pro

Con 70 A de demanda calculada, el técnico dimensiona la acometida a un panel de 100 A (siguiente estándar comercial). Esto incluye margen para electrodomésticos futuros y cumple el mínimo NEC 230.79(C) para viviendas unifamiliares modernas (100 A mínimo). Si suman A/C adicional o EV charger, escala directamente a 125 A o 200 A.

Cobre electrolítico aislado tipo THHN/THWN-2 — estandar residencial y comercial. Cada calibre tiene una ampacidad máxima legal definida por la NEC Tabla 310.16.

Concepto: ampacidad

La ampacidad es la corriente máxima (en amperes) que un conductor puede llevar de forma continua sin exceder su temperatura nominal de aislamiento. Para cobre, los aislamientos típicos residenciales/comerciales son:

️ Trampa de inspector NEC 110.14(C)

Aunque el conductor sea de 90 °C, el límite legal se ajusta al menor entre conductor, terminales del breaker y del equipo. Los breakers residenciales hasta 100 A típicamente están listados a 60 °C o 75 °C. Es decir: aunque uses THHN, el cálculo de campo se hace con la columna de 60 °C o 75 °C según el equipo de conexión.

• TW / UF → 60 °C
• THW / THWN / RHW / USE → 75 °C
• THHN / THWN-2 / XHHW-2 / RHH → 90 °C ⭐ (el más común)

Tabla de ampacidad — Cobre (extracto NEC 310.16, conductores no más de 3 portadores en canalización, 30 °C ambiente)

| AWG / kcmil | 60 °C (TW) | 75 °C (THW) | 90 °C (THHN) | Uso residencial típico |

| --------------- | -------------- | --------------- | ---------------- | ------------------------------------------- |

| 14 | 15 A | 20 A | 25 A | Iluminación y tomacorrientes 15 A |

| 12 | 20 A | 25 A | 30 A | Tomacorrientes 20 A (cocina/baño) |

| 10 | 30 A | 35 A | 40 A | Secadora 30 A, A/C 30 A, calentador |

| 8 | 40 A | 50 A | 55 A | Estufa eléctrica, mini-split grande |

| 6 | 55 A | 65 A | 75 A | Sub-tablero, EV charger 60 A |

| 4 | 70 A | 85 A | 95 A | Acometida 100 A (servicio residencial) |

| 2 | 95 A | 115 A | 130 A | Acometida 125 A |

| 1 | 110 A | 130 A | 150 A | Acometida 150 A |

| 1/0 | 125 A | 150 A | 170 A | Acometida 200 A (con factor 83% NEC 310.12) |

| 2/0 | 145 A | 175 A | 195 A | Acometida 200 A regla estándar |

| 4/0 | 195 A | 230 A | 260 A | Acometida 200 A pesada |

Importante: los valores son referenciales para esta unidad. Para diseñar circuitos reales consulta siempre la Tabla 310.16 de la edición vigente del NEC y aplica:

1. > Factor de corrección por temperatura ambiente (310.15(B)(1))

2. > Factor de corrección por agrupamiento de conductores (310.15(C)(1))

3. > Ajuste por terminación del breaker/equipo (110.14(C))

️ Regla del 80% — Carga continua (NEC 210.20(A) / 215.3)

Regla profesional crítica: si una carga opera 3 horas o más sin interrupción (NEC 100 — "carga continua"), el conductor y el breaker deben dimensionarse al 125% de esa carga. Equivale a decir: nunca cargar el breaker más allá del 80% de su valor nominal. Aplica a iluminación comercial, EV charging, calefacción eléctrica, cargas industriales, etc.

I_{text{conductor}} geq 1.25 cdot I_{text{continua}} + I_{text{no continua}}

Ejemplo aplicado — Circuito de EV charger 240 V / 32 A

Un cargador residencial de auto eléctrico Nivel 2 demanda 32 A continuos durante toda la sesión de carga (≥ 3 h):

• Corriente de diseño = 32 × 1.25 = 40 A
• Breaker = 40 A (siguiente estándar)
• Conductor = mínimo 8 AWG cobre THHN (40 A a 75 °C terminal)
• Conducto y caja acordes; GFCI Clase A si aplica (NEC 625.54)

Temperatura ambiente alta (NEC 310.15(B)(1)) — Ejemplo selección

| Temp. ambiente | Conductor 60 °C | Conductor 75 °C | Conductor 90 °C |

| ------------------ | ------------------- | ------------------- | ------------------- |

| 21–25 °C | 1.08 | 1.05 | 1.04 |

| 26–30 °C | 1.00 | 1.00 | 1.00 |

| 31–35 °C | 0.91 | 0.94 | 0.96 |

| 36–40 °C | 0.82 | 0.88 | 0.91 |

| 41–45 °C | 0.71 | 0.82 | 0.87 |

| 46–50 °C | 0.58 | 0.75 | 0.82 |

Agrupamiento (NEC 310.15(C)(1)) — Más de 3 conductores portadores en una canalización

| # conductores portadores | Factor de ajuste |

| ---------------------------- | -------------------- |

| 4–6 | 0.80 |

| 7–9 | 0.70 |

| 10–20 | 0.50 |

| 21–30 | 0.45 |

| 31–40 | 0.40 |

| 41 + | 0.35 |

️ Donde más se equivoca el técnico amateur: mete 6 ramales de 12 AWG en una sola tubería sin aplicar el factor 0.80. El cable que "soporta 25 A a 90 °C" ahora solo soporta 20 A una vez agrupado. Si además la temperatura del ático es 40 °C, baja a 20 × 0.91 = 18.2 A. Pasa de ser un cable de 20 A a uno de 18 A reales.

Cobre vs Aluminio (criterio profesional)

| Material | Pro | Contra | Uso típico |

| -------------------- | --------------------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------ | --------------------------------------------------- |

| Cobre (Cu) | Mayor ampacidad por calibre, no se oxida en seco, conexiones estables | Más caro, más pesado | Casi todo lo residencial: ramales, sub-tableros |

| Aluminio AA-8000 | Más económico, más ligero | Mayor calibre para misma corriente, requiere anti-óxido (NoAlox) y torque controlado | Acometidas grandes, alimentadores principales |

Tip de instalador veterano: si conectas cable de aluminio, siempre usa antioxidante de marca NoAlox / Penetrox A-13 en los puntos de conexión, y aprieta al torque del fabricante (ej. 110 lb·in para 1/0 AWG en un breaker QO típico). Las conexiones flojas de aluminio son la causa #1 de incendios en tableros antiguos.

¿Qué es?

La caída de tensión (`Vd`) es el voltaje que se "pierde" a lo largo del conductor por su propia resistencia. La compañía te entrega 120 V o 240 V en el medidor, pero el equipo al final del ramal puede recibir menos. Esto no es opcional: ocurre siempre. El trabajo del técnico es limitarla a niveles aceptables.

Límites recomendados (NEC 210.19(A), 215.2(A)(1) Informational Notes)

| Tramo | % máx. recomendado |

| -------------------------------------------- | ---------------------- |

| Circuito ramal (branch) | 3 % |

| Alimentador (feeder) | 3 % |

| Total (acometida → último tomacorriente) | 5 % |

Estatus normativo: estos porcentajes aparecen en las *Informational Notes* del NEC, lo que significa que son recomendaciones de buena práctica, no exigencia legal directa. Sin embargo, los inspectores residenciales y la mayoría de los AHJ (Authorities Having Jurisdiction) los toman como referencia obligatoria, y los diseños comerciales bajo IEEE 141 y ASHRAE 90.1 los exigen. Tratalos como límite duro.

Efectos reales de una caída de tensión excesiva

| Síntoma observable | Causa técnica |

| ---------------------------------------------------- | ------------------------------------------- |

| 💡 Luces parpadean / atenúan al encender el A/C | Caída momentánea por arranque |

| ⚙️ Motor zumba, calienta, dispara protección térmica | Bajo voltaje → más corriente para compensar |

| 🔌 Cargadores/electrónica fallan o se reinician | Caída sostenida fuera de rango ±5% |

| 📺 Pantallas con líneas o "trastornos" visuales | Tensión fluctuante en línea común |

| 🔥 Conexiones recalientan donde la corriente sube | Efecto Joule progresivo |

Efecto oculto que el técnico amateur no ve

Cuando el voltaje baja, los equipos de potencia constante (compresores, motores) suben su corriente para mantener la misma potencia útil. Esa corriente extra → más calor → más caída → bucle de degradación. Por eso una caída de tensión de 7 % puede causar fallas que parecen "del motor" cuando en realidad son del cableado.

Fórmula básica (Ley de Ohm sobre el conductor)

V_{d} = I cdot R_{text{cable}}

Donde `R_cable` es la resistencia total ida-vuelta del conductor. Para cálculos prácticos profesionales se usa la fórmula con resistividad y longitud:

boxed{;V_{d}^{1phi} = frac{2 cdot K cdot I cdot L}{CM};} qquad boxed{;V_{d}^{3phi} = frac{sqrt{3} cdot K cdot I cdot L}{CM};}

Variables: K = constante de resistividad (12.9 Ω·CM/ft para cobre, 21.2 para aluminio) · I = corriente (A) · L = longitud one-way del conductor (ft) · CM = sección circular mil del conductor (ej. 12 AWG = 6 530 CM).

Escenario

• A/C de 3 toneladas: corriente nominal RLA = 17 A (placa)
• Distancia desde el panel hasta el condensador: L = 30 m ≈ 100 ft
• Tensión nominal: 240 V monofásico
• Conductor propuesto: 10 AWG THHN (CM = 10 380)

Paso 1 — Calcula la caída en volts

`Vd = (2 × 12.9 × 17 × 100) / 10 380 = 4.22 V`

Paso 2 — Pásala a porcentaje

`%Vd = 4.22 / 240 × 100 = 1.76 %`

Paso 3 — Verifica

1.76 % < 3 % → el 10 AWG cumple holgadamente para ese tramo.

Decisión profesional: dejaríamos 10 AWG con breaker 30 A y conducto EMT 1/2". Si la distancia fuera 50 m (165 ft), `%Vd = 2.9 %` — al borde — y subiríamos a 8 AWG preventivamente.

Tabla rápida — Longitud máxima para 3 % de caída en 120 V monofásico

(Útil en estimaciones de campo; para cobre, FP ≈ 1)

| Carga (A) | 14 AWG | 12 AWG | 10 AWG | 8 AWG | 6 AWG |

| ------------- | ---------- | ---------- | ---------- | --------- | --------- |

| 10 A | 35 m | 56 m | 90 m | 144 m | 228 m |

| 15 A | 23 m | 37 m | 60 m | 96 m | 152 m |

| 20 A | 17 m | 28 m | 45 m | 72 m | 114 m |

| 30 A | — | 19 m | 30 m | 48 m | 76 m |

| 40 A | — | — | 22 m | 36 m | 57 m |

| 50 A | — | — | — | 29 m | 46 m |

Regla mental: doblar la corriente = la mitad de longitud admitida. Subir un calibre AWG (ej. 12→10) = aproximadamente +60 % de longitud admitida. Útil cuando estimas en obra.

Equipos a alimentar

| Equipo | Tensión | Potencia | ¿Continua? |

| ---------------------------- | ----------- | ----------------- | -------------- |

| Microondas | 120 V | 1 500 W | No |

| Cafetera profesional | 120 V | 1 200 W | No |

| Refrigerador inverter | 120 V | 200 W (compresor) | Sí |

| Horno eléctrico de mostrador | 120 V | 1 500 W | No |

| Procesador / batidora | 120 V | 600 W | No |

Cálculo de circuitos según NEC 210.11(C)(1)

NEC obliga al menos dos circuitos de pequeños aparatos (small appliance branch circuits) de 20 A dedicados para cocina/comedor/desayunador. Distribución sugerida:

| Circuito | Carga típica | Conductor | Breaker |

| -------------------------------------------- | ---------------------------- | ------------- | ----------- |

| C1 — Tomacorrientes encimera lado A | Microondas + cafetera | 12 AWG cobre | 20 A |

| C2 — Tomacorrientes encimera lado B | Horno mostrador + procesador | 12 AWG cobre | 20 A |

| C3 — Refrigerador (recomendado dedicado) | Refrigerador | 12 AWG cobre | 20 A |

| Iluminación cocina | LEDs / down-lights | 14 AWG cobre | 15 A |

Decisión Master Pro: aunque NEC no obliga circuito dedicado al refrigerador, siempre que el cliente pague, déjalo. Cuando se va la luz por sobrecarga del microondas, el refrigerador no se apaga. Esto te diferencia comercialmente y reduce devoluciones de garantía.

Protección requerida en cocina

• GFCI en todos los tomacorrientes de encimera y dentro de 1.8 m del fregadero — NEC 210.8(A)(6)/(7)
• AFCI en todos los circuitos de 120 V/15-20 A — NEC 210.12(A)
• Tomacorrientes resistente a manipulación (TR) — NEC 406.12

Cargas instaladas

| Carga | Potencia | Tensión | Notas |

| -------------------------------------- | -------------- | ----------- | -------------------------- |

| Iluminación general (80 m² × 33 VA/m²) | 2 640 VA | 120 V | Continua, aplicar ×1.25 |

| Refrigerador exhibidor | 800 W | 120 V | — |

| Congelador horizontal | 600 W | 120 V | — |

| Máquina espresso comercial (2 grupos) | 4 500 W | 240 V | Dedicado |

| Molino de café | 350 W | 120 V | — |

| Plancha eléctrica + horno mostrador | 3 200 W | 240 V | Dedicado |

| 2 tomacorrientes barra (TVs, POS) | 1 500 VA | 120 V | NEC 220.14(I) — 180 VA c/u |

| Mini-split 2 ton | 2 200 W | 240 V | Dedicado |

| Total potencia instalada | ~16 290 VA | | |

Cálculo de servicio (método estándar NEC 220.40)

1. Iluminación: 2 640 × 1.25 = 3 300 VA

2. Refrigerador + congelador: 1 400 VA × FD 1.00 = 1 400 VA

3. Espresso + plancha + molino: 8 050 VA × FD 1.00 = 8 050 VA (cocina pequeña, sin descuento)

4. Tomacorrientes generales: 1 500 VA × FD 1.00 (primeros 10 kVA) = 1 500 VA

5. A/C: 2 200 VA × FD 1.00 = 2 200 VA (entra al 100% por ser carga continua dimensionante)

6. Demanda total ≈ 16 450 VA

Acometida monofásica 240/120 V

`I = 16 450 / 240 = 68.5 A`

Diseño: acometida de 100 A monofásica con cable 4 AWG cobre THWN o 2 AWG aluminio, conducto rígido 1¼", tablero NQOD o similar con barras de 100 A y espacio mínimo de 18 espacios. Se incluyen GFCI en todos los tomacorrientes accesibles al público y AFCI en iluminación 120 V.

Esquema unifilar conceptual

flowchart TB

UTIL["⚡ CFE / Acometidan240/120 V mono"] --> MED["📊 MedidornKWh + KW demand"]
MED --> MAIN["🔴 Main 100 An2 polos"]
MAIN --> BUS["🔹 Barras 100 A"]
BUS --> C1["C1 • 20 A AFCInIluminación general"]
BUS --> C2["C2 • 20 A GFCI/AFCInTomas barra"]
BUS --> C3["C3 • 20 AnRefri exhibidor"]
BUS --> C4["C4 • 20 AnCongelador"]
BUS --> C5["C5 • 30 A 2PnEspresso 240 V"]
BUS --> C6["C6 • 30 A 2PnPlancha + horno 240 V"]
BUS --> C7["C7 • 20 A 2PnMini-split 2 ton"]
BUS --> SPD["🛡️ SPD Tipo 2nNEC 230.67"]
style UTIL fill:#1565C0,color:#fff
style MAIN fill:#C62828,color:#fff
style BUS fill:#37474F,color:#fff
style SPD fill:#6A1B9A,color:#fff</code></pre>
Esquema unifilar del pequeño comercio. Observa la inclusión del SPD Tipo 2 — obligatorio en servicios nuevos según NEC 230.67 (NEC 2020 y posteriores).