Busbars: la guía definitiva

¿Qué son los busbar?

Un busbar es un componente eléctrico ampliamente utilizado en sistemas de distribución de energía eléctrica, sistemas de almacenamiento y en tableros de distribución eléctrica para llevar a cabo la transmisión eficiente de corriente eléctrica. Consiste en una barra conductora hecha de un material altamente conductor, como cobre o aluminio, que se utiliza para conectar múltiples dispositivos, equipos, interruptores, transformadores y otros componentes eléctricos dentro de un sistema eléctrico. Los busbars son fundamentales para garantizar un flujo de corriente confiable y seguro en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales.

Tabla de contenido

En instalaciones solares, los busbars suelen emplearse principalmente cuando existen baterías de respaldo, y muy especialmente cuando son baterías DIY, ya sean de tipo Li-NCM y LiFePO4, en estas últimas, si son prismáticas, se suelen usar busbars para conectar las celdas entre si.

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Principales características y aspectos clave de los busbars

Busbar de cobre

Conductor de alta conductividad: Los busbars generalmente se fabrican con cobre o aluminio debido a su excelente conductividad eléctrica. El cobre es ampliamente preferido debido a su mayor conductividad, pero el aluminio se utiliza en aplicaciones donde el peso es un factor crítico.
Formas y configuraciones variadas: Los busbars pueden tener diversas formas, como barras planas, barras tubulares, barras en Z, barras en H, barras de distribución de riel DIN y otras configuraciones adaptadas a las necesidades específicas de la aplicación. La elección de la forma depende de factores como la capacidad de corriente requerida, el espacio disponible y la eficiencia térmica.
Aislamiento: A menudo, los busbars se encuentran en un recinto aislado para evitar cortocircuitos y riesgos eléctricos. Estos recintos pueden estar hechos de materiales aislantes como plástico, cerámica o resina epoxi.
Conexiones y terminales: Los busbars se conectan a otros componentes eléctricos a través de terminales, conectores y sistemas de fijación, que garantizan una unión segura y de baja resistencia.
Capacidad de corriente: La capacidad de corriente de un busbar se refiere a la cantidad máxima de corriente que puede transportar de manera continua sin sobrecalentarse. Esta capacidad se dimensiona cuidadosamente en función de la carga eléctrica total que debe soportar el sistema.
Distribución de energía: Los busbars se utilizan para distribuir energía eléctrica desde una fuente de alimentación (como un transformador) a múltiples cargas, como máquinas, iluminación, enchufes y otros dispositivos eléctricos en un edificio o planta industrial.
Eficiencia térmica: Los busbars están diseñados para disipar el calor generado por la corriente eléctrica que fluye a través de ellos. Esto se logra mediante la elección de materiales y dimensiones adecuadas para mantener una temperatura segura de funcionamiento.
Mantenimiento y seguridad: La inspección regular y el mantenimiento de los busbars son esenciales para garantizar su correcto funcionamiento y para prevenir posibles problemas eléctricos. Además, se deben implementar medidas de seguridad, como el aislamiento adecuado y las barreras de protección, para minimizar el riesgo de accidentes eléctricos.
Aplicaciones: Los busbars se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde sistemas de distribución de energía en edificios y plantas industriales hasta vehículos eléctricos, sistemas de generación de energía renovable, electrónica de potencia y más.

Calculadora de amperaje de busbars

Esta calculadora permite calcular los valores de amperaje máximo que soporta una pletina de diferentes materiales: cobre, acero, aluminio y plata. Una herramienta idónea para que puedas hacer busbars seguros y óptimos para tus instalaciones.

¿Por qué es importante un dimensionamiento preciso de los busbars?

Cuando se selecciona un busbar, es fundamental tener en cuenta la aplicación, la capacidad de corriente y el presupuesto, ya que un busbar de tamaño insuficiente puede causar calentamiento y daños en el busbar, mientras que un busbar demasiado grande puede afectar el costo del proyecto.

Tipos de busbars

Según el material, existen cinco tipos de busbars:

Cobre: Capacidad de corriente de 1.2 amperios por mm². Aplicaciones en paneles y tableros eléctricos.
Aluminio: Capacidad de corriente de 0.8 amperios por mm². Aplicaciones en paneles y tableros eléctricos.
Acero galvanizado: Capacidad de corriente de 0.6 amperios por mm². Utilizado en conexiones a tierra eléctricas.
Acero al hierro: Capacidad de corriente de 0.6 amperios por mm². Utilizado en carros, cargadores y tracción.
Acero plateado: Capacidad de corriente de 1.6 amperios por mm². Raramente utilizado debido a su alto costo.

Busbars de corriente alterna (AC) y corriente continua (DC)

No existe diferencia entre un busbar de corriente continua y uno de corriente alterna. Por ejemplo, un busbar con una capacidad de corriente de 200 amperios puede utilizarse tanto para corriente alterna como para corriente continua de 200 amperios.

¿Qué es el factor de seguridad (S.F)?

Es una práctica común dimensionar un busbar teniendo en cuenta la expansión de carga futura. Por esta razón, se considera un factor de seguridad al dimensionar el busbar. Normalmente, se toma un factor de seguridad del 25% de la carga.

Tamaño estándar de los busbars

Se pueden encontrar busbars con tamaños estandar en el mercado, tanto de cobre cómo de acero plateado, acero galvanizado y aluminio.

20×6 mm
20×10 mm
30×10 mm
40×10 mm
63×10 mm
80×10 mm
100×10 mm

Pasos para calcular el dimensionamiento de busbars

Cuando se proporciona el tamaño del busbar: La fórmula para la capacidad de corriente de un busbar, cuando se conoce su tamaño:

Para busbar de cobre: Iccc = 1.2 x ancho del busbar x espesor del busbar
Para busbar de acero plateado: Iccc = 1.6 x ancho del busbar x espesor del busbar
Para busbar de aluminio: Iccc = 0.8 x ancho del busbar x espesor del busbar
Para busbar de acero: Iccc = 0.6 x ancho del busbar x espesor del busbar
Para busbar de acero galvanizado: Iccc = 0.6 x ancho del busbar x espesor del busbar

Cuando se proporciona la carga: Para circuitos de corriente continua, se utiliza la fórmula:

Iccc = (P kW x 1000) / (V V) x (1 + S.F / 100)

Para circuitos de corriente alterna monofásica, se utiliza la misma fórmula con un factor de potencia (p.f) adicional.

Para circuitos de corriente alterna trifásica, se utiliza la misma fórmula, pero se reemplaza el valor de 1.73 por la raíz cuadrada de 3 (~1.73) cuando el voltaje se expresa en función de línea a línea (Vll) y se utiliza 3 en lugar de 1.73 cuando el voltaje se expresa en función de línea a neutro (Vln).

Ejemplos

Consideremos un busbar cuyo ancho y espesor se proporcionan en milímetros.

Datos:

Ancho = 100 mm
Espesor = 10 mm
Factor de seguridad (S.F) = 25%

Se busca la capacidad de corriente (Iccc).

Solución:

Para busbar de cobre: Iccc = 1.2 x 100 x 10 = 1200 amperios
Para busbar de acero plateado: Iccc = 1.6 x 100 x 10 = 1600 amperios
Para busbar de aluminio: Iccc = 0.8 x 100 x 10 = 800 amperios
Para busbar de acero: Iccc = 0.6 x 100 x 10 = 600 amperios
Para busbar de acero galvanizado: Iccc = 0.6 x 100 x 10 = 600 amperios

Entonces, el tamaño del busbar depende del material:

Para busbar de cobre: Área = 108/1.2 = 90 mm²
Para busbar de acero plateado: Área = 108/1.6 = 67,5 mm²
Para busbar de aluminio: Área = 108/0.

La ampacidad, también conocida como capacidad de corriente o capacidad de conducción de corriente, se refiere a la cantidad máxima de corriente eléctrica que un conductor o un cable puede transportar de manera segura sin sobrecalentarse o dañarse. Determinar la ampacidad es crucial en la planificación y diseño de sistemas eléctricos, ya que un conductor sobrecargado podría ser peligroso y causar daños.

La ampacidad se calcula teniendo en cuenta varios factores, incluyendo:

Tamaño del conductor: El área transversal del conductor es un factor crítico en el cálculo de la ampacidad. Cuanto mayor sea el área transversal, mayor será la capacidad de conducción de corriente. El tamaño del conductor se expresa generalmente en unidades como AWG (American Wire Gauge) o milímetros cuadrados (mm²).
Tipo de material conductor: La resistividad del material conductor influye en su capacidad de corriente. Los materiales con baja resistividad, como el cobre y el aluminio, son preferibles para aplicaciones de alta ampacidad.
Temperatura ambiente: La temperatura ambiente es un factor importante, ya que los conductores se calientan cuando transportan corriente eléctrica. La mayoría de los cálculos de ampacidad se basan en una temperatura ambiente típica de 20-30°C.
Temperatura máxima del conductor: Cada tipo de conductor tiene una temperatura máxima que no debe superarse. Si el conductor se calienta demasiado, puede sufrir daños o deformación. La temperatura máxima del conductor generalmente se especifica por el fabricante.
Método de instalación: La ampacidad puede variar según si el conductor está instalado en el aire, enterrado, en un conducto, o si está en contacto con otros conductores. Diferentes métodos de instalación tienen diferentes capacidades de corriente.

¿Qué es la Ampacidad y cómo se calcula?

Para calcular la ampacidad de un conductor, se pueden utilizar tablas proporcionadas por organizaciones de estándares eléctricos como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) o el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). Estas tablas ofrecen datos específicos para diferentes tamaños y tipos de conductores, teniendo en cuenta los factores mencionados anteriormente.

Además, es importante considerar un factor de seguridad en los cálculos para garantizar que el conductor no se sobrecargue y pueda manejar las fluctuaciones de corriente. En general, se suele aplicar un factor de seguridad del 20% al 25% en los cálculos para garantizar un funcionamiento seguro del sistema eléctrico.

La ampacidad es una medida crítica para garantizar la seguridad y el rendimiento de los sistemas eléctricos y entenderla es de vital importancia para hacer instalaciones eléctricas seguras.

Fabrica tu propio busbar

Fabricar tu propio busbar no es difícil, una vez entiendes el comportamiento de la electricidad en los diferentes materiales y formas, basta con que te hagas con unos sencillos materiales y te pongas manos a la obra.

Fabricar un busbar puede ser un proyecto interesante y útil, especialmente para aplicaciones en sistemas solares, bancos de baterías o cualquier sistema eléctrico donde se necesite una distribución eficiente de corriente.

Materiales necesarios

Barra de cobre: El cobre es el material más común debido a su excelente conductividad eléctrica.
Herramientas de corte: Sierra para metales o una herramienta de corte similar.
Taladro y brocas: Para hacer los agujeros donde se conectarán los terminales.
Limas: Para suavizar los bordes después del corte.
Tornillos y tuercas: Para asegurar las conexiones eléctricas.
Pintura aislante o encintado: Para cubrir el busbar y evitar cortocircuitos. También puedes imprimir piezas a medida con una impresora 3D.

Pasos para la Fabricación

Diseño del busbar:
- Determina la longitud del busbar según tus necesidades específicas. Un poco más arriba tienes una calculadora que puede ayudarte.
- Decide el número de agujeros y su disposición para los diferentes circuitos de derivación.

En este caso, usaremos una barra de cobre puro de 100mm de larga con 20mm de alto y 8mm de profundidad, nos quedamos con los valores de altura y grosor, que son los relevantes en este caso y la calculadora nos indica que el amperaje máximo que soportaría nuestro busbar es de 192A

Corte de la barra de cobre:
- Usa la sierra para metales para cortar la barra de cobre a la longitud deseada.
- Asegúrate de que los bordes sean rectos y limpios.
Perforación de agujeros:
- Marca los puntos donde se harán los agujeros.
- Utiliza un taladro con brocas del tamaño adecuado para los tornillos que usarás.
- Perfora los agujeros con cuidado, asegurándote de que estén alineados correctamente.

Para nuestro ejemplo, haremos 2 agujeros pequeños (4mm) a cada lado que nos servirán para sujetar el busbar y 3 agujeros grandes (de 8mm) en los que se hará la conexión de los terminales. El diseño y longitud dependerá de tus necesidades en cuanto al número de bornes que requieras, y el sistema de fijación que necesites.

Lijado y pulido:
- Lija los bordes de la barra y los bordes de los agujeros para eliminar cualquier rebaba.
- Asegúrate de que la superficie esté suave y limpia para una buena conductividad.
Instalación de terminales:
- Coloca los terminales en los agujeros perforados y asegúralos con tornillos y tuercas.
- Asegúrate de que las conexiones estén firmes y seguras.
Aislamiento:
- Si es necesario, pinta el busbar con una pintura aislante o usa cinta aislante para cubrir las áreas expuestas.
- Deja secar la pintura según las indicaciones del fabricante antes de utilizar el busbar.

Consejos de seguridad

Siempre usa equipo de protección personal (gafas de seguridad, guantes) al trabajar con herramientas y materiales eléctricos.
Asegúrate de que todas las conexiones estén bien aisladas para evitar cortocircuitos.
Realiza pruebas de continuidad y resistencia para asegurarte de que el busbar funciona correctamente antes de conectarlo a un sistema eléctrico.

Aplicaciones comunes

Sistemas solares fotovoltaicos: Para distribuir la energía generada por los paneles solares.
Bancos de baterías: Para conectar múltiples baterías en paralelo o en serie.
Paneles de distribución eléctrica: En instalaciones industriales y comerciales.

Mantenimiento

Revisa periódicamente las conexiones para asegurarte de que estén seguras y sin signos de corrosión.
Limpia el busbar para eliminar polvo y suciedad que podrían afectar su rendimiento.

Fabricar tu propio busbar puede ser una tarea gratificante que mejora tu comprensión de los sistemas eléctricos y proporciona una solución personalizada para tus necesidades específicas.

Conclusiones

En resumen, los busbars desempeñan un papel crucial en la distribución eficiente y segura de energía eléctrica en una variedad de aplicaciones. Su diseño, material y capacidad de corriente se adaptan cuidadosamente a las necesidades de cada sistema eléctrico, lo que los convierte en un componente fundamental en la infraestructura eléctrica moderna.