Verificación del cálculo de pérdidas en barras según Estándar Nacional Ruso 35224

Verificación de una Calculadora Web de Pérdidas y Calentamiento en Barras Colectoras según GOST 35224

Esta aplicación web para calcular pérdidas en barras colectoras de cuadros de baja tensión (CBT) utiliza una arquitectura cliente-servidor. El frontend en JavaScript gestiona la entrada de parámetros de gabinete, barras y dispositivos, la visualización de resultados y un termograma 2D de distribución de temperatura. El backend en Python implementa los algoritmos de cálculo físico.

Los usuarios introducen parámetros y reciben al instante: pérdidas de potencia en barras y dispositivos, temperatura interna del gabinete, cálculos paso a paso y un termograma en color.

Modelo de Cálculo Físico

Cálculo de Generación de Calor Considerando la Temperatura

La potencia de Joule-Lenz se ajusta por la dependencia de la resistencia con la temperatura:

R(T) = R₂₀ × [1 + α × (T - 20°C)]

donde α = 0.00393 1/°C para el cobre. Esto considera la retroalimentación: el calentamiento aumenta R, lo que a su vez incrementa la generación de calor.

Efectos de la Corriente Alterna

El efecto piel y el efecto de proximidad se modelan con coeficientes:

• k_piel: 1.0 para espesores ≤10 mm, hasta 1.2–1.3 para espesores mayores;
• k_prox: 1.1–1.6 dependiendo de la disposición de las barras.

Resistencia efectiva: R_EFECTIVA = R₂₀ × (1 + αΔT) × k_piel × k_prox.

Área de Intercambio de Calor

Para una sola barra: A = 2 × (a × l + h × l + a × h).

En un paquete de barras:

• Espacio ≥ espesor: suma de áreas individuales;
• Empaquetado ajustado: superficies externas con un coeficiente de 0.7.

Mecanismos de Disipación de Calor

Convección: 6.5 W/(m²·K) verticalmente, 5.0 horizontalmente; +20–50% con ventilación. Radiación: +15% al coeficiente. Este enfoque garantiza precisión para evaluaciones preliminares, complementando la IEC 60890.

Condiciones de Verificación

Pruebas según GOST 35224-2024 (IEC TR 60890:2022, Anexo E):

| Parámetro | Valor |

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

| T_aire | 55°C |

| T_barra | 70°C |

| Material | Cobre |

| Forma | Rectangular |

| Orientación | Horizontal |

| Barras/fase | 1–2 |

| Frecuencia | 50 Hz |

| Longitud | 1 m |

42 pruebas (21 por configuración) para secciones transversales de 24–1200 mm².

Métricas: MAPE, RMSE, R².

Resultados para una Sola Barra

• MAPE: 4.3%;
• RMSE: 1.0 W/m;
• R²: 0.979.

Desviación ≤7%, dependencia física reproducida con precisión. Adecuado para cálculos basados en GOST.

Resultados para Dos Barras

• MAPE: 6.7%;
• RMSE: 1.1 W/m;
• R²: 0.987.

Sesgo conservador, máximo en secciones transversales medias. El modelado del efecto de proximidad es correcto.

Áreas de Aplicación

La herramienta es útil para:

• Análisis de distribución;
• Evaluar el impacto de la sección transversal, material, orientación;
• Condiciones no estándar (barras verticales, aluminio, diferentes temperaturas ambientales);
• Cálculos preliminares con precisión a nivel GOST.

Conclusiones Clave

• R² 0.979–0.987 confirma la adecuación física del modelo.
• MAPE 4–7% permite estimaciones de ingeniería sin simulación completa.
• Considerar el efecto piel, proximidad e intercambio de calor amplía la aplicabilidad más allá de las tablas GOST.
• El formato web garantiza velocidad y accesibilidad sin instalación de software.
• Los resultados conservadores mejoran la seguridad en la selección.

— Editorial Team