Dimensionamiento de barras de cobre

Una barra de cobre es un conductor rígido, generalmente de sección rectangular o tubular, utilizado para distribuir grandes corrientes eléctricas en cuadros de distribución, subestaciones y sistemas de potencia. Su baja resistividad y elevada conductividad térmica permiten manejar densidades de corriente superiores a las de los cables redondos equivalentes, optimizando el espacio y la disipación de calor. Las barras de cobre se dimensionan principalmente en función de la sección transversal, el tipo de instalación y la elevación de temperatura admisible.

Principio de dimensionamiento

La capacidad de corriente de una barra de cobre depende directamente de su área de sección transversal, del material (cobre electrolítico con resistividad de 1,724×10⁻⁸ Ω·m a 20 °C) y de las condiciones de ventilación. Para una misma sección, las barras planas disipan mejor el calor que los conductores cilíndricos gracias a su mayor superficie lateral. El efecto pelicular comienza a ser significativo en barras de más de 8 mm / 0.31 in de espesor en corriente alterna de 50–60 Hz, lo que favorece el uso de perfiles huecos o paquetes laminares en aplicaciones de muy alta corriente.

Cálculo de la capacidad de corriente

La corriente admisible en régimen permanente se estima mediante la expresión:

I = J × A

Variable	Descripción	Unidad
I	Corriente continua admisible	A
J	Densidad de corriente práctica (cobre en aire libre)	A/mm² / A/in²
A	Área de la sección transversal	mm² / in²

Para barras de cobre desnudas en aire quieto a 30 °C / 86 °F, se adopta típicamente una densidad de corriente entre 1,2 y 2,0 A/mm² (≈ 774 – 1290 A/in²), dependiendo del tamaño y la separación entre apoyos.

Factores de corrección por temperatura ambiente

Si la temperatura ambiente supera los 30 °C / 86 °F, la capacidad de corriente debe reducirse aplicando los siguientes factores de corrección:

Temperatura ambiente	Factor de corrección
31 – 40 °C / 87.8 – 104 °F	0,82
41 – 45 °C / 105.8 – 113 °F	0,71
46 – 50 °C / 114.8 – 122 °F	0,58

Estos coeficientes son válidos para barras con aislamiento básico o en instalaciones donde la disipación de calor está limitada. Para barras al aire libre con alta convección natural, la reducción suele ser menos severa.

Tabla de dimensiones y capacidades orientativas

Los valores siguientes corresponden a barras de cobre desnudas, horizontales, en aire quieto a 30 °C / 86 °F, con una densidad de corriente de diseño de 1,5 A/mm² (≈ 968 A/in²). Se consideran secciones rectangulares estándar.

Dimensiones (mm)	Dimensiones (in)	Sección (mm²)	Sección (in²)	Corriente admisible (A)
15 × 3	0.59 × 0.12	45	0.07	68
20 × 5	0.79 × 0.20	100	0.16	150
30 × 5	1.18 × 0.20	150	0.23	225
40 × 5	1.57 × 0.20	200	0.31	300
50 × 5	1.97 × 0.20	250	0.39	375
60 × 10	2.36 × 0.39	600	0.93	900
80 × 10	3.15 × 0.39	800	1.24	1200
100 × 10	3.94 × 0.39	1000	1.55	1500
120 × 10	4.72 × 0.39	1200	1.86	1800

Para instalaciones con ventilación forzada o barras montadas verticalmente, la capacidad puede incrementarse hasta un 20 %.

Consideraciones de instalación

• Las barras deben apoyarse sobre soportes aislantes que resistan los esfuerzos electrodinámicos en caso de cortocircuito.
• La separación entre apoyos no debe exceder los 500 mm / 19.7 in para espesores inferiores a 6 mm / 0.24 in, con el fin de evitar deformaciones por peso propio y vibraciones.
• Las uniones entre tramos requieren superficies planas, limpias y, en corrientes elevadas, plateadas para minimizar la resistencia de contacto.
• Se recomienda prever juntas de dilatación en tramos rectos superiores a 3 m / 118 in, porque el cobre se expande aproximadamente 0,017 mm por metro y por cada grado Celsius de elevación de temperatura.
• En exteriores, las barras deben protegerse contra la corrosión galvánica cuando entran en contacto con aluminio u otros metales.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Cuál es la densidad de corriente típica para barras de cobre en aire libre?

La densidad de corriente recomendada varía entre 1,2 y 2,0 A/mm² (774 – 1290 A/in²), siendo 1,5 A/mm² (968 A/in²) el valor más utilizado en diseño de cuadros eléctricos con ventilación natural.

¿Qué capacidad de corriente tiene una barra de cobre de 30 × 5 mm?

Una barra de cobre de 30 × 5 mm (1.18 × 0.20 in), con 150 mm² de sección (0.23 in²), admite aproximadamente 225 A en condiciones estándar de instalación al aire a 30 °C / 86 °F.

¿Cuánto se reduce la corriente admisible a 45 °C?

A 45 °C / 113 °F la corriente admisible se multiplica por un factor de corrección de 0,71, lo que para una barra de 375 A reduce la capacidad a unos 266 A.

¿A partir de qué espesor es relevante el efecto pelicular en corriente alterna?

El efecto pelicular se vuelve apreciable en barras de cobre con espesor superior a 8 mm / 0.31 in operando a 50–60 Hz, lo que puede reducir la capacidad efectiva entre un 3 % y un 8 % respecto a la sección real.

¿Qué corriente puede transportar una barra de cobre de 100 × 10 mm?

Una barra de 100 × 10 mm (3.94 × 0.39 in), con 1000 mm² de sección (1.55 in²), es capaz de conducir alrededor de 1500 A en régimen permanente al aire libre y sin aislamiento adicional.

¿Cuál es la resistividad del cobre empleado en barras?

La resistividad del cobre electrolítico estándar a 20 °C / 68 °F es de 1,724×10⁻⁸ Ω·m, equivalente a 0,01724 Ω·mm²/m, valor que puede aumentar con la temperatura y las impurezas.

Fuentes consultadas

• engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/wire-gauges-d_419.html
• southwire.com: https://www.southwire.com/calculators