Cables en electrónica - Su equivalencia de estándar AWG a diámetro, carga máxima

Si quieres conocer todo sobre los cables para electrónica, las conversiones entre AWG y mm2 y viceversa, diferencia entre sección y diámetro, cálculo de la sección necesaria en función de la potencia, echa un vistazo al siguiente artículo.

Índice

• Introducción
• Teoría
• Estándares de cables
• ¿Qué cable usar en electrónica?

Introducción

Un cable es por definición el conjunto de uno o más conductores eléctricos aislados, generalmente de cobre o aluminio, que transportan corriente eléctrica entre al menos componentes.

En electrónica, se usan multitud de cables distintos, y a diferencia de los usados en el ámbito eléctrico, son normalmente mucho más finos, su diámetro es menor. Esto es debido claramente a que las tensiones usadas son menores en electrónica, con valores de 0 hasta unos 50V, trabajando sobre todo en corriente continúa (DC). Es por ello por lo que las características de los cables para electrónica son mucho más simples. 

Los cables de electrónica más simples son los unifilares, un solo conductor fino con un aislante de PVC simple, los cuales son válidos para proyectos de electrónica en general. Seguro que has usado o visto un montón de tipos aún así. 

Todo proyecto debe estar estructurado y tener un orden, para poder comprenderlo y trabajar más rápido y cómodo en él. Por lo que la conexión de los componentes mediante los cables debe ser segura y rápida. Para ello veremos los tipos de cables y conectores que hay.

Se ha estandarizado también unos principios básicos de uso en proyectos de electrónica en cuanto a los colores. Los aislantes de los cables vienen en diversos colores por algo, para saber con un vistazo diferenciarlos. 

Típicamente se usa el cable rojo para la alimentación del proyecto: conexión a la fuente de alimentación, Vcc, +5V, alimentación de componentes y demás. El cable negro se usa para la puesta a tierra, es el terminal negativo de los circuitos (tierra – ground GND). En electrónica no hay toma de tierra como al nivel de corriente alterna en electricidad, pero si hay aplicaciones donde se debe poner la tierra en común. El resto de los colores no tienen clasificación, pero si es común ver cables amarillos o verdes para los pines de salida o entrada de módulos y sensores.

Usar el tipo de cable adecuado es importante para no quemar tus circuitos y que estos aguanten con conexiones estables.

Cable 40 vías Hembra-Macho 10cm - Referencia K0106

Teoría

El por qué de usar un diámetro adecuado según tu proyecto es debido principalmente a que evitarás que el cable se queme. Esto se debe al efecto Joule, el cual dice que parte de la energía de los electrones que pasan por el conductor, se transforma en calor, debido a los choques de estos con los átomos por el conductor.

Según el diámetro del conductor, podrán pasar una “corriente de electrones” máxima sin que estos se choquen demasiado y produzcan calor en exceso. A pesar de que el revestimiento del conductor es aislante, y evitará que el calor se propague completamente fuera, hay una cantidad de corriente máxima que es capaz de soportar sin que se sobrecaliente excesivamente.

Por tanto, el diámetro o sección del cable, marca la intensidad máxima admisible, que es la cantidad máxima de amperios (o miliamperios) que puede soportar un cable.

Por otro lado, se produce una caída de tensión entre los extremos de un mismo conductor dependiendo del voltaje que le apliquemos y de la longitud de este. La diferencia de potencial entre un extremo y otro, aunque a menudo es mínima y por lo tanto despreciable, hay requerimientos en los que se debe tener en cuenta. Idealmente, un cable conduce la electricidad de un lado a otro, pero teóricamente, existe una pérdida debida a la resistencia del material conductor y las condiciones físicas de este. Por normativa se establecen las siguientes recomendaciones porcentuales:

• Caída de voltaje máxima para el alimentador más circuito ramal: ≤5%.
• Caída de voltaje máxima para el circuito alimentador: ≤3% 

Diámetro y sección de un cable

Para clasificar los cables oirás estas dos palabras muy a menudo: diámetro y sección. Te explicamos como calcular la sección a partir del diámetro y viceversa, que es la sección transversal y demás dudas que suelen surgir.

Es posible que sepas la diferencia entre diámetro y sección, pero lo explicamos a continuación:

Diámetro / calibre:

El diámetro, también llamado calibre, por definición es la longitud de un lado a otro del conductor que pase por el centro, mientras que el radio es la mitad, del centro al extremo. Es en sí la línea recta entre los dos puntos. En los cables es habitual que te den este dato, el cual viene determinado en milímetros (mm). 

Sección:

Cuando hablamos de sección a secas, nos referimos a la sección del conductor, habitualmente cobre, sin el aislante. Son los valores típicos que vienen dados en milímetros cuadrados (mm2), como 1.5mm2 o 2.5mm2 por ejemplo. La sección es la superficie del conductor, y como esta es un círculo se calcula como:

Sección= π*radio^2=π/4*diámetro^2

Donde el número pi (π) como sabemos, se puede aproximar a 3.14.

Sección transversal:

Si la sección es la del conductor, la sección transversal nos indica la del cable (conductor + aislante). Normalmente este dato no suele venir indicado, pero puede ser útil conocerlo por si se requiere pasar los cables por tubos o agujeros. Para medirlo, se puede usar un pie de rey o micrómetro y medir el diámetro del cable, para así calcular su sección transversal. Esta depende del fabricante y el tipo de cable, ya que el grosor del aislante varía, pero os mostramos una tabla con los valores típicos.

Sección nominal:

La UNE EN 60228 incluye el concepto de sección nominal como valor que identifica una medida particular del conductor pero que no está sujeto a medida directa.

Sección geométrica:

Cabe destacar que la sección del conductor depende del número de hilos conductores, por tanto, cuando hay más de un hilo, como suele ser habitual en los cables flexibles, la fórmula cambia. La sección del cable conductor se llama sección geométrica, y se calcula de la siguiente forma:

Conclusión

Por lo tanto, la sección física real de los conductores de los cables difiere en general de las secciones eléctricas con las que las denominamos (cable de 1.5, 2.5, 4, 6…). Estos valores nos indican el valor máximo y no a la medida real del cable, lo que hace que esta normativa nos asegure la resistencia eléctrica de ellos.

Estándares de cables

Según las características de tu proyecto según hemos visto, la intensidad máxima que vas a usar, el voltaje requerido y la distancia de los componentes, deberás elegir unos cables. 

Normalmente no es algo que se piense o plantee, pero si estás leyendo este artículo es porque si lo has hecho. Los cables eléctricos, como todo, se clasifican siguiendo unos estándares u otros, dependiendo del país o región. Existen dimensiones angloamericanas, europeas, asiáticas y propias de cada país. Para los cables existen los siguientes:

• AWG (American Wire Gauge): En español calibre de alambre americano (EEUU y Canadá), es una referencia de clasificación de calibres o espesor de elementos metálicos de sección circular (alambres) o rectangular (láminas). La escala obedece prácticamente a los pasos sucesivos del proceso de estirado del alambre que existía en 1857. Se seleccionaron los diámetros más gruesos, de 0,4600 pulgadas (hoy calibre 4/0), y más delgado, de 0,0050 pulgadas (hoy calibre 36); se determinaron 39 dimensiones entre dichos calibres. La razón entre dos diámetros consecutivos en la escala AWG es constante e igual a 1,1229.
• IEC 60228: es la Norma internacional de la Comisión Electrotécnica Internacional para conductores de cables aislados. Este documente describe todos los aspectos que debe tener el cable según el sistema métrico: clase, tamaño de sección transversal y resistencia. Las secciones habituales usadas en electrónica son las siguientes: 0.5 mm², 0.75 mm², 1 mm², 1.5 mm², 2.5 mm² y 4 mm².
• SWG (Standard Wire Gauge): es el calibre de cable estándar británico, que también se conoce como Imperial Wire Gauge o British Standard Gauge. El uso de tamaños SWG ha perdido mucha popularidad, pero todavía se usa como medida de grosor en cuerdas de guitarra y algunos cables eléctricos. Como sabemos, los británicos usan la pulgada como referencia métrica en lugar del metro. 

• Normativa china: Como grandes exportadores que son, suelen atenerse a normativas internacionales, sobre todo AWG o europeas. Pero puedes encontrarte con normativa propia china como la GBT5023.5-2008

Conversión

A veces nos encontraremos con la normativa americana pero necesitamos cambiarla a la nuestra para saber la sección del cable real. Por tanto, te contamos como convertir AWG a mm2 

Tanto la sección transversal del cable métrico como el diámetro exterior del cable se pueden calcular mediante fórmulas utilizando solo el número AWG. La fórmula para el diámetro exterior del alambre es:

Donde n es el número AWG.

Para calcular inversamente del diámetro en mm o en inch el calibre en AWG, redondeando a cero decimales:

Como vemos, los estándares AWG no encajan con los valores estandarizaos de nuestros cables, por lo que siempre hay que buscar un cable inmediatamente superior a nuestros límites, para evitar sobrecalentamiento.

Ejemplos:

Por lo que si necesitamos un cable de 0.75mm2 según normas europeas, pero tenemos cables según normas americanas AWG, tendremos que ir a las columnas derechas y escoger un calibre inmediatamente mayor, como sería AWG18, ya que AWG19 mide 0.65mm2.

Por el contrario, si tenemos requerimiento de AWG20 pero tenemos cables con normativa europea, tendremos que ir a las columnas izquierdas y escoger un cable de sección inmediatamente mayor: 0.75mm2, ya que 0.5mm2 es más pequeña que el 0.52mm2 de la AWG20.

A continuación, os mostramos una tabla completa, con los valores de conversión directa entre todos los números AWG a diámetro (mm) y sección(mm2), así como el número de espiras por cm., su peso por tramo (Kg. Por Km.), su resistencia (Ohm/m.) y la capacidad máxima que soporta el cable en amperios (A).

NOTA: Los conductores en buen estado deben presentar una resistencia muy baja. Los valores dependen del largo y del grosor de los hilos. Para hilos comunes hasta 20 m. de largo la resistencia debe ser siempre inferior a 1 Ohm. Para hilos esmaltados la resistencia varia bastante en función del espesor. 

De manera rápida puedes ver en la siguiente tabla las equivalencias más inmediatas entre calibre AWG a sección real  y nominal  mm2 y entre sección mm2 a AWG.

Puedes ver una tabla más extensa, sobre todos los tipos (AWG, SWG, mm2, etc.) haciendo clic aquí.

¿Qué cable usar en electrónica?

Como hemos visto en la tabla grande, se ha marcado la corriente máxima (A) que soporta un cable en función de su calibre. Pero depende de la tensión usada, la cual en electrónica es corriente continua (DC), y de baja tensión (de 3,3V a 24V habitualmente).

¿Qué corriente soporta un cable?

¿Cómo calcular la sección adecuada para nuestro cable en función de la corriente?

Primero debemos recordar la Ley de Ohm, que nos relaciona la resistencia(R), corriente(I) y voltaje(U): 

La resistencia depende del material del cable, el cobre tiene un coeficiente de resistividad ρ=0,0172 Ω·mm2/m (a 20ºC). Esto es ohmios por cada mm2 de sección de cable por cada metro lineal. Si tienes cables de aluminio este valor es mayor, y por lo tanto su resistencia ρ=0,028 Ω·mm2/m. El hierro tiene una resistividad muchísimo mayor ρ=0,089 Ω·mm2/m. 

Así se entiende la razón que se esconde detrás de la elección del cobre como material predilecto para conductores.

Si queremos calcular la sección de nuestro cable según la potencia máxima a suministrar, debemos relacionar la potencia sacando la intensidad mediante la ley de Ohm de la siguiente manera:

P = V · I, o lo que es lo mismo:

I = P / V

Donde:

P, potencia en vatios (W)

V, diferencia de potencial en voltios (V)

I, intensidad en amperios (A)

Simplemente dividimos la potencia entre el voltaje y tenemos la intensidad. Por ejemplo, tenemos nuestro circuito de 12V con una tira LED de una potencia máxima de 24W, nuestra intensidad de cálculo será 24W/12V= 2A. 

En muchas ocasiones ya conocemos la intensidad de nuestro circuito o proyecto, o viene ya especificado el amperaje máximo, por lo que ya tendríamos este paso.

La ley de Ohm nos dice que la caída de tensión es ΔV = I · R (cuidado, porque aquí tenemos que contar la resistencia del cable de ida y también vuelta ya que lógicamente la vuelta también opone resistencia). Simplemente sustituimos la R por la fórmula de cálculo de la resistencia del cable que vimos antes y obtenemos:

ΔV=(2· I · ρ · L)/s

Donde:

ΔV, caída de tensión en V

I, intensidade de corriente en A

ρ, el coeficiente de resistividad del material en Ω * mm² / m , a 20ºC

L, longitud del cable en metros en una dirección.

s, sección del cable en mm2 (para cables con sección circular A = pi · (diam/2)^2 )

Si despejamos la s para calcular la sección del cable tenemos:

s (mm^2)=(2· I · ρ · L)/ΔV

Ahora ya conocemos todos los valores, los voltios que permitimos que caigan, la longitud del cable (en una dirección, por eso esta multiplicado por 2 en la fórmula), de qué material esta hecho el cable, y la intensidad que va a pasar por él. 

Sustituimos y nos da la sección necesaria que tendremos que aproximar a la siguiente sección comercial disponible.

Los cables más comunes tienen las siguientes secciones en mm2:

0,14 – 0,25 – 0,5 – 0,75 – 1 – 1,5 – 2,5 – 4 – 6 -10 – 16

Ejemplo:

Queremos hacer un proyecto con 4 LEDs RGB de 20mA alimentados a 5V, y tenemos cables de cobre de diferentes secciones. La longitud total desde el controlador hasta los LEDs es de 20cm.

s (mm^2 )=(2· I · ρ · L)/ΔV=(2·80mA  · 0,0172 Ω·mm2/m  · 0.2m)/5V=0.68mm^2   

Puedes usar una calculadora online como Wolfram para su cálculo directo. Mira el cálculo pinchando aquí. 

Por lo tanto, escogeríamos un cable de sección normalizada inmediatamente superior a los 0.68mm2, por lo que nos quedamos con un cable de 0.75mm2.

Cables para protoboard (Jumpers) en electrónica

Para circuitos pequeños, pequeños proyectos de Arduino, Raspberry Pi, micro:bit o EPS32 entre otros, los cables no requieren grandes consumos de potencia, se trabajan a tensiones de 3.3V-5V habitualmente, y las corrientes máximas no son grandes. Por ello, los cables pueden tener secciones muy pequeñas y seguir siendo perfectamente útiles, sobre todo si son de comunicación de datos y no alimentan componentes. 

Estos cablecitos se llaman cable puente o jumper. Un cable puente para prototipos (o simplemente puente para prototipos), es un cable con un conector en cada punta (o a veces sin ellos), que se usa normalmente para interconectar entre sí los componentes en una placa de pruebas. Por ejemplo, se utilizan de forma general para transferir señales eléctricas de cualquier parte de la placa de prototipos a los pines de entrada/salida de un microcontrolador.

Habitualmente, los conductores utilizados en cables telefónicos y los cables para electrónica pueden ser del 22, 24, 26 y 28 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de REDES son el 24 y 26 AWG.

Los cables Dupont típicos para conexiones en la Protoboard son AWG26, por lo que tienen una sección de 0,13mm2. Normalmente deberíamos usar uno de un diámetro de mínimo 0,5 mm, que suele ser el grosor de los terminales de los componentes más habituales que usaremos. 

Tienen conectores con el estándar de 2,54mm de separación habitual en los headers, para las conexiones con placas de desarrollo, módulos y demás. Esta es la separación entre pines de las regletas de conexión como podemos ver a continuación.

Si no usas cables Dupont, y vas a usar sin conector, para la protoboard o placa de prototipo usa muy preferiblemente rígido para que los cablecitos no se esparzan. Estos cables tienen que ser del calibre AWG 20, 22, 24, (preferiblemente 22). 

Diámetro Área

AWG pulgadas (mm) (mm²)

20 0.0320 0.8128 0.518

22 0.0253 0.6438 0.326

24 0.0201 0.5106 0.205

Si lo compras más anchos pueden dañar tu protoboard, y si lo compras más estrecho puede que no hagan buen contacto. Para que no se salgan los cables es importante que se pele el aislante unos 6 ó 7 mm en cada extremo, y también que cortes de varias longitudes.

Conclusión

Los cables son uno de los elementos más básicos de un circuito eléctrico, y ahora ya sabes más detalles sobre ellos y cuales usar en tus proyectos de electrónica. Si tienes alguna duda, no dudes en consultarnos.

Fuentes

https://www.topcable.com/sites/es-lat/calcular-seccion-cable-electrico/

https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule#targetText=Se%20conoce%20como%20efecto%20Joule,elevando%20la%20temperatura%20del%20mismo.

https://www.electronicafacil.net/tutoriales/Valores-normalizados-cables-AWG.html

https://coelectrix.com/seccion-de-un-cable-electrico

https://uruwire.com/wp-content/uploads/2015/07/Tabla-de-equivalencias-AWG-a-MM2.pdf

https://www.digikey.es/es/blog/measurement-of-the-cable-cross-section

https://soloarduino.blogspot.com/2013/07/cablecitos.html