Relleno de cajas eléctricas: cómo calcular correctamente el volumen

Por qué el relleno de caja confunde incluso a buenos electricistas

El relleno de caja parece el cálculo más sencillo del Código Eléctrico Nacional (NEC): contar los cables, consultar una tabla y listo. Precisamente por eso se hace mal con tanta frecuencia. Como señaló Paul Abernathy en un episodio reciente de Coffee Hour, en un video que circulaba por internet aparecía un hombre calculando con toda seguridad el relleno de una caja; tenía la cantidad correcta de conductores, pero la respuesta era totalmente incorrecta porque contaba cables en vez de contar volumen.

Este es el consejo más útil de toda la sesión:

“Lo mejor que siempre puedes hacer, sinceramente, es ignorar esta tabla y limitarte a hacer los cálculos con las pulgadas cúbicas. Es la forma más fácil de hacerlo.”

Trabaja en pulgadas cúbicas y todas las reglas de 314.16 encajarán. Compara la cantidad de cables con la tabla y siempre pasarás por alto los volúmenes permitidos de los dispositivos y las abrazaderas, además de las reglas de puesta a tierra.

De dónde proviene el volumen

El punto de partida es la propia caja. La Tabla 314.16(A) enumera las cajas metálicas estándar —4 × 4 × 1½, 3 × 2 × 2½, 4 × 2⅛ y demás— con la cantidad máxima de conductores y la capacidad mínima en pulgadas cúbicas de cada una.

Estas reglas determinan qué valor se utiliza:

• Las cajas metálicas estándar no tienen que llevar marcado su volumen. Si no está marcado, se utiliza la Tabla 314.16(A).
• Si una caja metálica está marcada por el fabricante con un volumen igual o superior al valor de la tabla, se permite utilizar el volumen marcado.
• Las cajas no metálicas —como las cajas plásticas para fijar con clavos— deben llevar marcado por el fabricante su volumen de forma duradera y legible. Ese es el valor que se utiliza. Una caja plástica común para fijar con clavos tendrá grabado “18 CU IN” justo en su interior.
• Otras cajas de 100 cu in o menos que no estén descritas en 314.16(A) también deben llevar marcado su volumen.

Algunas cajas plásticas también incluyen marcas opcionales como “9-14, 8-12, 7-10”. Esas cifras indican cantidades de conductores y presentan el mismo riesgo que la tabla: si hay un dispositivo en esa caja, dos de esos nueve conductores ya están asignados.

Cómo añadir volumen: anillos para yeso y anillos de extensión

No hay que limitarse al volumen propio de la caja. Un anillo para yeso, anillo de acabado o anillo de extensión que esté marcado con su volumen se suma:

• Una caja de 4 × 4 × 1½ tiene 21 cu in según la tabla
• Si se añade un anillo de acabado de 7.5 cu in, ahora se dispone de 28.5 cu in
• Si se añade un anillo de extensión completo del mismo tamaño que la caja, su volumen prácticamente se duplica

Hay un límite importante: los anillos de extensión están listados para instalarse sobre una caja, no sobre otro anillo de extensión. Apilar una extensión sobre otra para seguir aumentando el volumen no corresponde al uso para el que están listadas.

Las barreras dividen la caja

Si una caja tiene una o más barreras instaladas de forma segura, cada espacio resultante se calcula por separado, y la propia barrera ocupa volumen:

• Barrera metálica: 0.5 cu in
• Barrera no metálica: 1.0 cu in

El orden de las operaciones importa. Se toma el volumen total, se resta el volumen permitido para la barrera y después se divide el resto entre los espacios. Una caja de 30 cu in con una barrera plástica deja 29 cu in, es decir, 14.5 cu in por lado; y solo se cuentan los conductores que entran en ese espacio concreto.

La regla de los conductores de puesta a tierra de equipos

Aquí fue donde falló el ejemplo de internet, y vale la pena aprenderlo correctamente. Según 314.16(B)(5):

• Hasta cuatro conductores de puesta a tierra de equipos que entren juntos a la caja cuentan como un volumen permitido, basado en el EGC más grande presente
• Cada EGC después de los primeros cuatro requiere un cuarto adicional del volumen permitido

Así, cuatro cables NM 12/2 que entran a una caja aportan cuatro conductores negros, cuatro blancos y cuatro tierras, pero solo nueve volúmenes de conductor, porque las cuatro tierras juntas cuentan como un volumen permitido de 2.25 cu in.

Para obtener el cuarto de volumen permitido, basta con dividir entre cuatro el volumen del conductor. Con 14 AWG a 2.00 cu in, cada EGC adicional añade 0.5 cu in. Seis tierras 14 AWG que entran a una caja equivalen a 2.00 por las primeras cuatro, más 2 × 0.5 = 1.0 cu in por las dos adicionales: 3.0 cu in en total.

Y esto es crucial:

“Las coletas no cuentan porque la regla solo se aplica a las tierras de equipos que entran a la caja, no a las que se originan en ella.”

Los puentes de unión de equipos y las coletas hacia los dispositivos nunca se cuentan. Tampoco se cuentan los conectores de alambre; una aportación pública aceptada en un ciclo reciente del código lo dejó explícitamente claro, porque la redacción anterior era lo bastante ambigua como para que algunas personas trataran los capuchones como dispositivos.

Conductores que atraviesan la caja y bucles

Un conductor que atraviesa la caja sin empalme ni terminación cuenta como un conductor. Pero hay una condición relacionada con 300.14, que exige 6 pulgadas de conductor libre en cada caja.

Cada bucle o rollo de conductor continuo que mida no menos del doble de esa longitud mínima —es decir, 12 pulgadas o más— debe contarse dos veces. La forma más fácil de recordarlo es esta:

“Si colocas ese bucle ahí y yo pudiera cortarlo por la mitad para obtener piezas de 6 pulgadas, entonces cuenta por separado como dos conductores distintos.”

Si mide menos de 12 pulgadas, se cuenta como un solo volumen. Si mide doce pulgadas o más, se cuenta como dos.

Abrazaderas, pernos, dobladores y bloques de terminales

Cada uno de estos elementos tiene su propia regla y ninguno se acumula:

• Abrazaderas internas para cables: un solo volumen permitido basado en el conductor más grande que entra a la caja, sin importar cuántas abrazaderas haya dentro. Dos abrazaderas internas siguen contando como un conductor.
• Abrazaderas externas: no requieren ningún volumen permitido. Una abrazadera cuyo mecanismo de sujeción está fuera de la caja no añade nada, y una contratuerca en el interior no cambia eso.
• Cajas plásticas con abrazaderas moldeadas: ya están contempladas en el volumen marcado. No se añade nada.
• Pernos para luminarias: un volumen permitido de conductor, basado en el conductor más grande de la caja.
• Dobladores: un volumen permitido de conductor, incluso si hay más de un doblador. Un perno y un doblador tienen volúmenes permitidos distintos; uno no anula al otro.
• Bloques de terminales: un solo volumen permitido por ensamble de bloque de terminales, basado en el conductor más grande que termina en el ensamble. Si un conductor 6 AWG termina en el bloque, se requieren 5.0 cu in.

Dispositivos: siempre el doble de volumen

Cada yugo o correa de montaje cuenta como dos conductores, basado en el conductor más grande conectado a ese dispositivo. Esta es la regla que se olvida con mayor frecuencia.

• Un receptáculo dúplex alimentado con 12 AWG: 2.25 × 2 = 4.5 cu in
• Un interruptor unipolar alimentado con 14 AWG: 2.00 × 2 = 4.0 cu in
• Un receptáculo sencillo, uno dúplex, uno tríplex, un interruptor sencillo o uno doble: todos están en una sola correa y todos cuentan como dos conductores

Y esta es la regla que suele tomar por sorpresa: un dispositivo o una pieza de equipo de utilización más ancha que una caja para dispositivos individual de 2 pulgadas recibe el doble del volumen permitido por cada sección necesaria para el montaje. Un receptáculo para estufa que necesita una caja de dos secciones cuenta como cuatro volúmenes de conductor; se trata exactamente como si hubiera dos dispositivos separados en la caja.

Volúmenes permitidos que hay que conocer

Según la Tabla 314.16(B):

Tamaño del conductor	Volumen
18 AWG	1.50 cu in
16 AWG	1.75 cu in
14 AWG	2.00 cu in
12 AWG	2.25 cu in
10 AWG	2.50 cu in
8 AWG	3.00 cu in
6 AWG	5.00 cu in

El aislamiento del conductor no influye. Además, las cajas y cajas conduit que contienen conductores de 4 AWG y mayores también deben cumplir con 314.28; a partir de ese punto, se entra en el dimensionamiento de cajas de paso y para jalado en ángulo, lo que en la práctica vuelve irrelevante el cálculo de volumen.

Conviene recordar otra excepción: cuando cuatro o menos cables de luminaria menores que 14 AWG (además de un conductor de puesta a tierra de equipos) entran a una caja desde un dosel abovedado de luminaria, se omiten del cálculo de relleno de caja. Los inspectores se equivocan con esto habitualmente: esos cables de la luminaria que suben por la cadena decorativa no cuentan.

Ejemplo práctico completo

Este es el ejemplo resuelto en directo durante el programa. Todos los conductores son 12 AWG. La caja es metálica, de 4 × 4 × 1½, con una cubierta elevada marcada con 6.5 cu in.

Paso 1 — Determinar el volumen disponible:

• Caja de 4 × 4 × 1½ según la Tabla 314.16(A) = 21 cu in
• Cubierta elevada marcada con 6.5 cu in
• Total disponible = 27.5 cu in

Paso 2 — Contar lo que realmente cuenta:

• Dos conductores continuos que atraviesan la caja (cada bucle mide menos de 12 in) = 2 conductores
• Siete conductores de circuito que entran desde el exterior de la caja = 7 conductores
• Tres conductores de puesta a tierra de equipos que entran (cuatro o menos) = 1 conductor
• Un receptáculo dúplex con 12 AWG, doble volumen = 2 conductores

Paso 3 — Hacer los cálculos:

• 12 volúmenes de conductor × 2.25 cu in = 27.0 cu in
• Se requieren 27.0 cu in frente a 27.5 cu in disponibles: cumple, con 0.5 cu in de margen

Los capuchones, la coleta hacia el receptáculo y el puente de unión de equipos se ignoraron, tal como permite el código. Como dijo Paul: “Agradece que las coletas no cuenten. Agradece que los capuchones no cuenten para el relleno, porque de lo contrario esta caja estaría perdida.”

Ahora cambia una sola cosa: añade un segundo receptáculo. Eso supone dos volúmenes de conductor más, 4.5 pulgadas cúbicas adicionales, y la caja deja de cumplir. Las opciones son una cubierta elevada más profunda o un anillo de extensión sobre la caja cuadrada de 4 pulgadas.

En resumen

1. Empieza con el volumen de la caja: el valor de la tabla para cajas metálicas estándar y el valor marcado para cajas plásticas y cajas metálicas marcadas
2. Añade cualquier anillo para yeso o de extensión que esté marcado y resta el volumen de la barrera antes de dividir los espacios
3. Cuenta solo lo que entra a la caja, además de los dispositivos, las abrazaderas internas, los pernos, los dobladores y los bloques de terminales
4. Nunca cuentes coletas, puentes de unión, capuchones ni abrazaderas externas
5. Trabaja en pulgadas cúbicas, no con cantidades de conductores

Hazlo así y nunca serás quien aparece en la sección de comentarios con la cantidad correcta de cables y la respuesta equivocada.

Cómo encaja NEC Mastery

El relleno de caja es uno de esos cálculos en los que cada regla es sencilla por sí sola; el problema es recordarlas todas bajo la presión del examen, en el orden correcto y con los volúmenes permitidos adecuados. Esa es exactamente la clase de habilidad que se desarrolla con la repetición.

• 8,000+ preguntas tipo examen incluyen situaciones de relleno de caja con todas las variaciones: barreras, cantidades de EGC superiores a cuatro, dispositivos de varias secciones y bloques de terminales, para que conozcas los casos especiales durante la práctica y no el día del examen
• Explicaciones detalladas que hacen referencia a artículos específicos del NEC te llevan directamente a 314.16(A), 314.16(B)(1) a (B)(5), 300.14 y 314.28, y refuerzan dónde se encuentra cada volumen permitido en el código
• Exámenes de práctica cronometrados y ponderados según tu tipo de examen te entrenan para resolver de forma rápida y segura un cálculo completo de relleno de caja en pulgadas cúbicas, en lugar de adivinar a partir de una tabla de cantidades de conductores
• Practica hasta que el proceso sea automático: volumen de la caja, más los anillos, menos las barreras, contar lo que entra, duplicar los dispositivos y comprobar el total