Fórmulas de Cálculo de Caída de Tensión Explicadas

Fundamentos: Ley de Ohm

Todos los cálculos de caída de tensión se basan en la Ley de Ohm, una de las relaciones más fundamentales en ingeniería eléctrica. Descubierta por Georg Ohm en 1827, esta ley establece una relación directa entre el voltaje, la corriente y la resistencia en un circuito. Comprender esta base es crucial antes de profundizar en las fórmulas más complejas de caída de tensión utilizadas en el diseño eléctrico profesional.

En el contexto de la caída de tensión, aplicamos esta ley al propio conductor. El conductor actúa como una resistencia (aunque muy pequeña), y la corriente que fluye a través de él crea una caída de tensión a lo largo de su longitud. Por eso podemos calcular la caída de tensión multiplicando la corriente por la resistencia total del conductor.

Fórmula de Caída de Tensión Monofásica y CC

Para circuitos de CA monofásicos y circuitos de CC, la fórmula de caída de tensión considera que la corriente fluye tanto por el conductor de ida como por el de retorno. Por eso multiplicamos por 2: la longitud total del circuito incluye dos conductores.

El factor 2 representa el camino de ida y vuelta de la corriente. La corriente fluye desde la fuente a través de un conductor hasta la carga, y luego regresa a través de otro conductor. Ambos conductores contribuyen a la caída de tensión total. Dividir por 1000 convierte las unidades de resistencia de ohmios por 1000 pies para que coincidan con nuestra longitud en pies.

Fórmula de Caída de Tensión Trifásica

Los sistemas trifásicos utilizan un multiplicador diferente debido a la relación de fase de 120° entre los conductores. En lugar de multiplicar por 2, usamos √3 (aproximadamente 1.732). Este factor tiene en cuenta las relaciones vectoriales entre fases en un sistema trifásico equilibrado.

En un sistema trifásico equilibrado, las corrientes en los tres conductores son iguales en magnitud pero desfasadas 120°. El factor √3 proviene de la suma vectorial de voltajes en la configuración trifásica. Para cálculos de voltaje línea a línea, este factor tiene en cuenta correctamente la relación entre cantidades de fase y de línea.

Caída de Tensión Porcentual

Aunque la caída de tensión absoluta en voltios es útil, la caída de tensión porcentual proporciona una forma estandarizada de evaluar el rendimiento del circuito independientemente del voltaje del sistema. Las recomendaciones del NEC se expresan en porcentajes, lo que lo convierte en la forma más práctica de verificación de cumplimiento.

Una caída del 3% a 120V equivale a 3.6 voltios, mientras que el 3% a 480V equivale a 14.4 voltios. La expresión porcentual permite comparaciones directas y verificación de cumplimiento independientemente de los niveles de voltaje involucrados.

Valores de Resistencia: NEC Capítulo 9, Tabla 8

Los valores de resistencia del conductor utilizados en los cálculos de caída de tensión se toman del NEC Capítulo 9, Tabla 8. Esta tabla proporciona valores de resistencia de CC para conductores de cobre y aluminio a 75°C. Para la mayoría de los cálculos prácticos de caída de tensión utilizando fórmulas simplificadas, estos valores de resistencia de CC proporcionan una precisión aceptable.

Estos valores representan la resistencia de CC. Para circuitos de CA, especialmente con conductores grandes o altas frecuencias, la resistencia efectiva puede ser ligeramente mayor debido al efecto pelicular y al efecto de proximidad. Sin embargo, para circuitos de distribución típicos por debajo de 600V, estos efectos son mínimos y los valores del Capítulo 9, Tabla 8 proporcionan una precisión de diseño adecuada.

Factores de Corrección de Temperatura

La resistencia del conductor varía con la temperatura. Los valores de la Tabla 8 del NEC se dan a 75°C, pero si la temperatura de operación real difiere significativamente, puede ser necesaria una corrección. Para el cobre, la resistencia aumenta aproximadamente 0.393% por cada 1°C de aumento de temperatura.

Para entornos de temperatura extrema (áticos calientes, instalación exterior en climas fríos, etc.), la corrección de temperatura hace que los cálculos de caída de tensión sean más precisos. Para instalaciones interiores estándar, el valor de 75°C proporciona precisión suficiente.

Consideraciones Avanzadas: Resistencia y Reactancia de CA

Para cálculos más precisos de caída de tensión de CA, se debe considerar tanto la reactancia como la resistencia de los conductores. La reactancia surge de la inductancia y se vuelve significativa para conductores grandes o circuitos largos.

Esta fórmula tiene en cuenta el ángulo de fase entre corriente y voltaje. Cuando el factor de potencia está cerca de 1.0 (cargas puramente resistivas), la fórmula simplificada proporciona precisión suficiente. Para cargas de motores grandes con factor de potencia bajo, comunes en equipos industriales, el término de reactancia mejora la precisión del cálculo.

Prueba la Calculadora

Ahora que comprendes las fórmulas, ponlas en práctica con nuestra calculadora profesional de caída de tensión. Ingresa los parámetros de tu circuito para obtener resultados instantáneos y precisos con verificación de cumplimiento del NEC.