La energía incidente en arco eléctrico es un parámetro crítico para la seguridad eléctrica industrial y personal. Calcularla correctamente permite seleccionar el EPP adecuado y cumplir con NFPA 70E e IEEE 1584.
Este artículo explica cómo calcular la energía incidente en arco eléctrico, sus fórmulas, variables y ejemplos prácticos. Encontrarás tablas, casos reales y una calculadora inteligente.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de energía incidente en arco eléctrico – NFPA 70E, IEEE 1584
- ¡Hola! ¿En qué cálculo, conversión o pregunta puedo ayudarte?
- Calcular energía incidente para 480V, 20kA, 18 pulgadas, 0.5s, caja tipo MCC, altura 1m.
- ¿Cuál es la energía incidente a 600V, 15kA, 24 pulgadas, 0.3s, panel abierto, altura 2m?
- Determinar el nivel de EPP para 208V, 10kA, 12 pulgadas, 0.1s, tablero cerrado, altura 0.5m.
- Comparar energía incidente entre 480V, 25kA, 36 pulgadas, 0.2s, celda tipo metal-clad, altura 1.5m.
Tabla de valores comunes para la Calculadora de energía incidente en arco eléctrico – NFPA 70E, IEEE 1584
| Tensión (V) | Corriente de cortocircuito (kA) | Distancia de trabajo (pulgadas) | Tiempo de despeje (s) | Tipo de equipo | Altura de montaje (m) | Energía incidente (cal/cm²) | Categoría de EPP (NFPA 70E) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 208 | 10 | 18 | 0.1 | Tablero cerrado | 1.0 | 1.2 | 1 |
| 480 | 20 | 24 | 0.2 | MCC | 1.2 | 3.5 | 2 |
| 600 | 15 | 36 | 0.3 | Panel abierto | 2.0 | 2.8 | 2 |
| 480 | 25 | 18 | 0.5 | Celda metal-clad | 1.5 | 8.5 | 3 |
| 4160 | 12 | 36 | 0.2 | Switchgear | 2.0 | 5.0 | 2 |
| 208 | 5 | 12 | 0.05 | Tablero abierto | 0.5 | 0.5 | 0 |
| 480 | 30 | 24 | 0.4 | MCC | 1.0 | 7.2 | 3 |
| 600 | 18 | 18 | 0.25 | Panel cerrado | 1.8 | 4.1 | 2 |
| 4160 | 20 | 36 | 0.3 | Switchgear | 2.5 | 9.0 | 3 |
Fórmulas para la Calculadora de energía incidente en arco eléctrico – NFPA 70E, IEEE 1584
El cálculo de la energía incidente se basa en la metodología de IEEE 1584-2018, que considera múltiples variables y coeficientes empíricos. La fórmula general para la energía incidente (EI) es:
- EI: Energía incidente (cal/cm²)
- Cf: Factor de corrección para voltaje y configuración
- En: Energía normalizada a 0.2s y 610mm (24 pulgadas) (cal/cm²)
- t: Tiempo de despeje del arco (s)
- D: Distancia de trabajo (mm)
- x: Exponente de distancia (típicamente entre 1.0 y 1.473 según el tipo de equipo)
La energía normalizada (En) se calcula con la siguiente expresión, basada en la corriente de arco (Ia):
- k1, k2, k3, k4, k5: Coeficientes empíricos definidos por IEEE 1584 según el tipo de equipo y configuración
- Ia: Corriente de arco (A)
- G: Espacio entre electrodos (mm)
- V: Tensión del sistema (V)
- D: Distancia de trabajo (mm)
La corriente de arco (Ia) se determina con:
- k, a, b: Coeficientes empíricos según el tipo de equipo
- Isc: Corriente de cortocircuito disponible (A)
- G: Espacio entre electrodos (mm)
- V: Tensión del sistema (V)
Valores comunes de variables y coeficientes:
- Distancia de trabajo (D): 455mm (18″), 610mm (24″), 914mm (36″)
- Tiempo de despeje (t): 0.05s a 0.5s (según protecciones)
- Corriente de cortocircuito (Isc): 5kA a 30kA (baja tensión), hasta 50kA (media tensión)
- Espacio entre electrodos (G): 13mm (paneles), 32mm (switchgear)
- Coeficientes (k, a, b, x): Dependen del tipo de equipo (ver tablas IEEE 1584)
Para mayor detalle, consulta la NFPA 70E y la IEEE 1584-2018.
Explicación detallada de cada variable
- Tensión (V): Influye en la formación y duración del arco. Comúnmente 208V, 480V, 600V, 4160V.
- Corriente de cortocircuito (Isc): Determina la severidad del arco. Se obtiene de estudios de cortocircuito.
- Distancia de trabajo (D): Distancia entre el trabajador y el punto de arco. Afecta la energía recibida.
- Tiempo de despeje (t): Tiempo que tarda la protección en abrir el circuito. Fundamental para reducir la energía incidente.
- Tipo de equipo: Panel, MCC, switchgear, celda metal-clad, etc. Cada uno tiene coeficientes y configuraciones distintas.
- Altura de montaje: Puede influir en la dispersión del arco y la exposición del trabajador.
- Espacio entre electrodos (G): Afecta la corriente de arco y la energía liberada.
Ejemplos del mundo real: aplicación de la Calculadora de energía incidente en arco eléctrico – NFPA 70E, IEEE 1584
Caso 1: Tablero de distribución 480V, 20kA, 24 pulgadas, 0.2s
Supongamos un tablero cerrado alimentado a 480V, con una corriente de cortocircuito de 20kA, distancia de trabajo de 24 pulgadas (610mm), tiempo de despeje de 0.2s, espacio entre electrodos de 32mm.
- V = 480V
- Isc = 20,000A
- D = 610mm
- t = 0.2s
- G = 32mm
1. Calcular Ia (corriente de arco):
Ia ≈ 0.85 × 20,000 × 1.13 × 0.94 ≈ 18,100A
2. Calcular En (energía normalizada):
En ≈ 4.184 × 10^-3 × 18,100 × 480 × 0.2 / 610 ≈ 11.9 cal/cm²
3. Ajustar por distancia y tiempo:
Como t = 0.2s y D = 610mm, EI = 11.9 cal/cm²
4. Categoría de EPP según NFPA 70E:
- EI < 1.2 cal/cm²: Categoría 0
- 1.2 ≤ EI < 4 cal/cm²: Categoría 1
- 4 ≤ EI < 8 cal/cm²: Categoría 2
- 8 ≤ EI < 25 cal/cm²: Categoría 3
- 25 ≤ EI < 40 cal/cm²: Categoría 4
En este caso, EI = 11.9 cal/cm² → Categoría 3
Caso 2: Switchgear 4160V, 12kA, 36 pulgadas, 0.3s
Switchgear de media tensión, 4160V, corriente de cortocircuito 12kA, distancia de trabajo 36 pulgadas (914mm), tiempo de despeje 0.3s, espacio entre electrodos 75mm.
- V = 4160V
- Isc = 12,000A
- D = 914mm
- t = 0.3s
- G = 75mm
1. Calcular Ia:
Ia ≈ 0.85 × 12,000 × 1.73 × 1.45 ≈ 25,400A
2. Calcular En:
En ≈ 4.184 × 10^-3 × 25,400 × 4160 × 0.3 / 914 ≈ 14.0 cal/cm²
3. Ajustar por distancia y tiempo:
t/0.2 = 0.3/0.2 = 1.5, 610/914 = 0.667, x ≈ 1.0 (switchgear)
EI = 14.0 × 1.5 × 0.667 ≈ 14.0 cal/cm²
4. Categoría de EPP: EI = 14.0 cal/cm² → Categoría 3
Recomendaciones y mejores prácticas
- Siempre utiliza datos reales de cortocircuito y tiempos de despeje de protecciones.
- Verifica el tipo de equipo y configuración para aplicar los coeficientes correctos.
- Utiliza software especializado o calculadoras validadas para estudios complejos.
- Consulta las últimas versiones de NFPA 70E y IEEE 1584.
- Capacita al personal en la interpretación de resultados y selección de EPP.
El cálculo de energía incidente en arco eléctrico es esencial para la seguridad eléctrica y el cumplimiento normativo. Utiliza herramientas confiables y mantente actualizado con las mejores prácticas del sector.