Nota: puoi anche guardare il nuovo video su Youtube: "Come calcolare la sezione dei cavi elettrici"
Una cosa a cui bisogna prestare molta attenzione quando si progetta o si eseguono delle modifiche ad un impianto elettrico a bassa tensione (come quello a 12 Volt della nostra barca) è il calcolo corretto del diametro dei cavi elettrici.
Un cablaggio effettuato con cavi troppo sottili, infatti, provocherà una caduta di tensione anche importante ai capi del dispositivo utilizzatore (sia esso una semplice lampadina, uno strumento elettronico o altro) che potrà causare dei malfunzionamenti, dei pericolosi surriscaldamenti o, nel migliore dei casi, un consumo eccessivo di energia.
Come fare, dunque, per calcolare la corretta sezione dei cavi?
Prima di rispondere a questa domanda bisogna capire alcune cose:
Perché si verifica una caduta di tensione alle estremità di un conduttore elettrico?
Come ho già accennato in uno degli articoli precedenti, il flusso di corrente continua in un conduttore è regolata da poche e semplici leggi fisiche. Una di queste è la famosissima legge di Ohm, che descrive una relazione lineare tra le tre grandezze fondamentali: tensione, corrente e resistenza. La legge di Ohm è rappresentata dall'equazione:
V=I*R
Dove V è la tensione in Volts, R è la resistenza in Ohm e I è la corrente in Ampere.
Letta in modo leggermente diverso, la legge di Ohm ci dice che, fissata una certa intensità di corrente I, un conduttore elettrico (cavo) produce una caduta di tensione che è direttamente proporzionale alla sua resistenza R.
Quindi, maggiore la resistenza del cavo, maggiore la caduta di tensione che sarà provocata da una determinata corrente che scorre in esso. Visto che la caduta di tensione è un effetto indesiderato, dovremo cercare di ridurre al minimo la resistenza del cavo.
Ma la fisica ci insegna che la resistenza elettrica di un cavo aumenta con la lunghezza del cavo stesso e diminuisce all'aumentare della sua sezione.
La resistenza del cavo, infatti, è data dalla seguente formula:
R=K*L/S
Dove K è la resistenza specifica del cavo (per i comuni cavi di rame da noi utilizzati vale circa 0,02 Ohm*metro), L è la lunghezza del cavo in metri e S è la sua sezione espressa in millimetri quadrati (mm2)
Per fare un esempio pratico, applicando questa formula scopriamo che un comune cavo di rame di 1 mm2 di sezione percorso da una corrente continua, produce una resistenza di circa 0,02 Ohm per ogni metro di lunghezza. Quindi, supponendo di avere un cavo lungo 10 metri e di sezione 1 mm2, questo avrà una resistenza di 0,2 Ohm (0,02 * 10 / 1 = 0,2)
Bene, adesso che abbiamo calcolato la resistenza del cavo...
Come si calcola la caduta di tensione?
Supponiamo di utilizzare questi 10 metri di cavo per portare la corrente dalla nostra batteria al compressore del frigorifero. Ricordatevi che per calcolare la lunghezza del cavo bisogna considerare l'andata e il ritorno, cioè la somma della lunghezza del cavo che va dal positivo della batteria al nostro compressore del frigorifero e di quello che torna dal compressore al negativo della batteria. Ecco perché 10 metri non sono poi molti...
Se il frigorifero in questione avesse una potenza di 60W, nel cavo scorrerebbe una corrente di 5 Ampere (60W / 12V = 5A - Vedi l'articolo su come si calcolano i consumi). Ora quindi conosciamo la corrente (5A) e la resistenza del cavo (0,2 Ohm): applicando la legge di Ohm possiamo calcolare la caduta di tensione: V=I*R cioè 5 * 0,2 = 1 Volt di caduta di tensione!!!
Questo vuol dire che anche a batteria completamente carica (12,8 V), al nostro frigorigero arriverà una tensione di appena 11,8 Volts: una tensione molto vicina a far scattare il dispositivo di blocco del compressore che si attiva automaticamente per preservare la batteria da una scarica eccessiva.
Che soluzioni abbiamo per diminuire questo effetto indesiderato? Soltanto due: aumentare la sezione dei cavi oppure diminuire la loro lunghezza. Nel caso del nostro ipotetico frigorigfero, sarebbe opportuno contenere la caduta di tensione ben al di sotto del mezzo volt, quindi bisognerebbe prevedere una coppia di cavi da 2 mm2 come minimo. Se la lunghezza dei cavi raddoppia, deve raddoppiare anche la loro sezione.
In sintesi, per calcolare la sezione di un cavo, conoscendo la sua lunghezza, la corrente che lo attraversa e fissando la caduta di tensione desiderata, si applica la formula seguente:
S = 0,02 * I * L / V
Dove S è la sezione del cavo in mm2, I è la corrente che lo attraversa (in Ampere), L la sua lunghezza in metri e V la caduta di tensione desiderata. Provate ad applicare la formula fissando 0,5 Volts come caduta di tensione ed otterrete il valore 2 come risultato, come anticipato sopra.
E' molto importante calcolare la corretta sezione dei cavi ogni qualvolta si mette mano all'impianto elettrico. Infatti l'utilizzo di cablaggi di sezione insufficiente potrebbe anche portare al surriscaldamento dei fili e nel peggiore dei casi provocare anche un incendio a bordo. Anche perchè la resistenza specifica del cavo aumenta all'aumentare della sua temperatura, quindi è un po' come se fosse una reazione a catena: la resistenza fa aumentare la temperatura del cavo, e questo a sua volta fa ulteriormente aumentare la resistenza....
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