Además de la calculadora de caída de tensión/voltaje o regulación en este articulo damos respuesta a muchas inquietudes como:
¿Qué es al caída de tensión?,¿Como se calcula?¿Como se identifica?,¿Cuales son las causas?,¿Como se soluciona?¿Como se mide?¿Cual es la máxima permitida?, con ejemplos reales.
Calculadora de caída de tensión o voltaje
Con esta calculadora puedes saber el porcentaje de caída de tensión en un cable teniendo en cuenta los watts o el amperaje y la distancia, además de otros parámetros eléctricos.
Si deseas saber la caída de tensión en cargas distribuidas como iluminación y tomacorrientes puedes usar la calculadora de caída de tensión para cargas distribuidas.
¿Qué es la caída de tensión o voltaje?
La caída de tensión, en términos sencillos, se refiere a la pérdida de energía eléctrica que ocurre cuando la electricidad viaja a través de cables y dispositivos.
Es como la pérdida de fuerza en el agua que fluye por una manguera larga. A medida que la electricidad se desplaza, parte de su «fuerza» se pierde debido a la resistencia en los cables y otros componentes eléctricos.
Imagina que estás usando una manguera para regar tus plantas en el jardín. Si la manguera es larga y tiene derivaciones, notarás que la presión del agua al final de la manguera es menor que en el grifo de entrada.
Esta pérdida de presión a lo largo de la manguera es similar a la caída de tensión en un sistema eléctrico. A medida que la electricidad fluye a través de cables y dispositivos, puede experimentar una disminución en su «presión» o voltaje debido a la resistencia en esos conductores, al igual que la presión del agua disminuye en la manguera larga.
¿Cuál es la diferencia entre caída de tensión y caída de voltaje?
En términos prácticos, no hay diferencia entre «caída de tensión» y «caída de voltaje». Ambos términos se refieren a la disminución de la magnitud del voltaje a lo largo de un circuito eléctrico.
Sin embargo, desde un punto de vista técnico, existe una pequeña diferencia:
Tensión: Es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Se mide en voltios (V).
Voltaje: Es la magnitud de la tensión. También se mide en voltios (V).
Por lo tanto:
Caída de tensión: Es la disminución de la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.
Caída de voltaje: Es la disminución de la magnitud de la tensión a lo largo de un circuito.
En la mayoría de los casos, esta distinción no tiene importancia práctica. Ambos términos se usan indistintamente para referirse al mismo fenómeno.
¿Cómo se calcula la caída de tensión o voltaje en cables?¿Cuales son las formulas?
Las fórmulas de caída de tensión o voltaje para AC y DC en sistemas monofásicos y trifásicos se muestran a continuación:
Dónde,
- I: es la corriente de la carga en amperios (A).
- L: es la distancia del cable en metros (m) o pies (ft).
- Zc: es la impedancia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.
- Rc: es la resistencia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.
La impedancia Zc se calcula como:
Dónde,
- Rc: es la resistencia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.
- X: es la reactancia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.
Los valores de resistencia Rc y reactancia X se deben tomar de la Tabla 9 del capítulo 9 del NEC/NFPA70/NTC2050 para cálculos de AC y DC.
Tambien se usan los valores de la Tabla 8 de la NEC/NTC2050 para conductores que no se encuentran en la tabla 9, como el: No 18AWG, 16AWG, 700Kcmil, 900kCmil, 1250kCmil, 1500kCmil, 1750kCmil, 2000kCmil.
Ejemplo de cálculo de caída de tensión o voltaje
Ejemplo 1. ¿Cuál es la caída de tensión de una carga residencial de 120V y 1800W?
| Voltaje (V) | 120 VAC, monofásico |
| Carga (P) | 1800W |
| Distancia (L) | 20 m |
| Tamaño del conductor | 10 AWG |
| Material del conductor | Cobre |
| Material de la canalización | Acero |
Para calcular la caída de tensión solo debes reemplazar la información anterior en la formula de caída de tensión monofásica y calcular cada una de la variables de la formula:
1. Pasar de watts a amperios:
2. Calcular Zc:
- R c (75 °C)= 3,9 Ω / km o 1,2 Ω / 1000 pies. (De tabla 9. Steel conduit/Acero).
- X (75 °C) = 0,207 Ω / km o 0,05 Ω / 1000 pies. (De tabla 9. Steel conduit/Acero).
- Factor de potencia: 1, asumido debido a que es una carga residencial.
3. Reemplazar en la formula de caída de tensión:
4. Porcentaje de caída de tensión:
El voltaje que tendría el equipo es:
Tensión o voltaje en equipo: 120V – 2.34 V = 117.66V
¿Cuáles son las causas de la caída de tensión?
La caída de tensión, también conocida como bajo voltaje, se refiere a la disminución del voltaje en un circuito eléctrico. Esta disminución puede tener diferentes causas como:
1. Sobrecarga de los circuitos eléctricos: Cuando la demanda de energía en una línea eléctrica o circuito eléctrico supera su capacidad, se produce una sobrecarga.
Esto puede ocurrir en momentos de alta demanda, como durante el verano cuando se prenden los aires acondicionados al mismo tiempo o cuando se conectan muchos dispositivos diferentes al mismo tiempo en el mismo circuito.
La sobrecarga provoca que por el mismo circuito circule una corriente mayor que el limite del cableado.
Ejemplo de sobrecarga de circuito eléctrico:
Por ejemplo, se tiene un circuito eléctrico con cable No 12 monofásico que puede transportar 15A a máximo 20m con el fin de no superar la caída de tensión recomendada por la norma 3%.
Sin embargo el electricista sin tener en cuenta la caída de tensión conecto un aire acondicionado de 15 A mas dos ventiladores de 7Amperios cada uno para un total de 29 Amperios lo cual provoco una caída de tensión del 6.1% y problemas en la instalación eléctrica.
2. Caída de tensión por distancia al punto de suministro: A mayor distancia del punto de suministro, fuente o tablero eléctrico, mayor es el «esfuerzo» que debe hacer la corriente para llegar a los equipos.
Esto es especialmente significativo en zonas rurales o instalaciones eléctricas antiguas.
La solución es cambiar el cableado por uno mas grande o disminuir la distancia entre los equipos y la fuente o tablero eléctrico.
3. Cables de sección insuficiente: Si los cables de una instalación eléctrica no tienen la sección adecuada para la corriente que circula por ellos, se produce una caída de tensión.
Esto es especialmente importante en instalaciones antiguas o que han sido modificadas sin tener en cuenta la normativa vigente.
¿Por qué ocurre la caída de tensión o voltaje?
La caída de tensión ocurre debido a la resistencia eléctrica de los conductores. Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, este se opone al flujo de la corriente, lo que provoca una pérdida de energía en forma de calor. Esta pérdida de energía se traduce en una disminución del voltaje a lo largo del conductor.
La magnitud de la caída de tensión depende de varios factores, como la longitud del conductor, la sección del conductor, la corriente que circula por el conductor y la resistencia del conductor.
¿Cuáles son los efectos de una caída de tensión o voltaje altos?
La caída de tensión o bajo voltaje, puede tener diversos efectos negativos en un sistema eléctrico, algunos de ellos son:
- Los dispositivos pueden encenderse o apagarse de forma intermitente.
- Reducción de la potencia y la eficiencia de los dispositivos.
- Aumento del consumo de energía debido a que los dispositivos trabajan más para compensar la baja tensión.
- Daños en los equipos sensibles a las variaciones de voltaje, como ordenadores, electrodomésticos o equipos médicos.
- La caída de tensión puede provocar parpadeos en las luces, fluctuaciones en la velocidad de los motores y otros problemas que afectan a la calidad de la energía.
- Ruidos molestos en equipos electrónicos como radios o amplificadores.
Interferencia en las comunicaciones telefónicas o de datos. - La caída de tensión puede provocar pérdida de datos en ordenadores y otros dispositivos electrónicos.
¿Cuáles son los síntomas en un sistema eléctrico?
- Luces tenues o parpadeantes: Es uno de los síntomas más comunes y visibles.
- Funcionamiento irregular de los motores: Los motores pueden vibrar, hacer ruido o funcionar a menor velocidad de lo normal.
- Dificultad para arrancar equipos: Los equipos que requieren una alta potencia pueden tener dificultades para arrancar si la tensión es demasiado baja.
- Fusibles que se funden con frecuencia: La sobrecarga del circuito debido a la baja tensión puede provocar que los fusibles se fundan con más frecuencia.
- Olor a quemado: Si la caída de tensión es muy grande, puede provocar que los cables se sobrecalienten y desprendan un olor a quemado.
¿Cómo identificar una caída de tensión alta?
- La forma más precisa de identificar una caída de tensión es medir el voltaje en diferentes puntos del sistema eléctrico con un voltímetro.
- El voltaje nominal en una instalación eléctrica doméstica monofásica normalmente es de 120 V para la fase y 240 V entre fases, en industriales trifásicos 440V, 460V, 480V entre fases.
- Se considera una caída de tensión alta cuando el voltaje disminuye más del 5-10% del valor nominal.
- Ejemplo: Si el voltaje en un enchufe o tomacorriente es inferior a 108 V en una instalación monofásica se considera una caída de tensión alta y se debe reparar.
¿Cómo se mide la caída de tensión en un circuito eléctrico?
Para medir la caída de tensión en un circuito eléctrico, se necesitan un voltímetro o multímetro: Este instrumento permite medir la diferencia de potencial eléctrico (Voltaje) entre dos puntos.
Pasos para medir la caída de tensión:
- Identifique los puntos donde desea medir la caída de tensión: Estos puntos pueden ser los bornes de un tomacorriente, los extremos de un cable o cualquier otro punto del circuito.
- Conecte los cables de prueba del voltímetro a los puntos seleccionados.
- Lea la medición en el voltímetro.
- Revise la tensión medida en el multímetro vs la tensión que debería tener el componente eléctrico.
Recomendaciones:
- Realice varias mediciones en diferentes puntos del circuito: Esto ayudará a identificar la ubicación de la mayor caída de tensión.
- Compare las mediciones con el voltaje nominal del circuito: Si la caída de tensión es superior al 5-10%, puede ser un problema.
- Registre las mediciones y observaciones: Esto ayudará a identificar posibles causas de la caída de tensión.
¿Cómo solucionar un problema de caída de tensión o voltaje?
La solución a una caída de tensión en un sistema eléctrico puede variar según la causa del problema. Aquí hay algunas acciones generales que podrían ayudar a resolver o mitigar la caída de tensión:
Ejemplo de problema de caída de tensión por utilizar cables de calibre inadecuado:
Siempre usa cables eléctricos con un calibre apropiado para la carga y la distancia que deben cubrir. Cables más gruesos reducen la resistencia y minimizan la caída de tensión.
Por ejemplo si cuando enciendes tu microondas, las luminarias de tu casa bajan su intensidad, es porque tienes un problema de caída de tensión del circuito, por tanto lo que debes hacer es:
- Revisa el cable que tiene el circuito eléctrico. Ejemplo: No 14 AWG.
- Calcula la cantidad de equipos conectados a 120V. Ejemplo: licuadora 100W + Nevera 450W + microondas 1100W, total =1650W
- Verifica la distancia hasta el ultimo equipo. Ejemplo 20metros.
- Ingresa los anteriores datos en la calculadora, lo cual te dará que sobrepasas la caída de tensión recomienda por la norma NEC/NTC2050. Ver Figura 1.
- Para solucionar el problema debes aumentar el calibre del cableado de No 14 AWG a No 12 AWG. Ver Figura 2.
Problema caída de tensión por uso inadecuado de cables:
Solución problema de caída de tensión por uso inadecuado de cables:
Problema de caída de tensión por longitud excesiva del cableado:
Cuanto más largo sea el cableado, mayor será la caída de tensión.
Por ejemplo, se tiene una luminaria de 100W a 120V, que según el fabricante soporta máximo 3% de caída de tensión, esta luminaria esta a 75 metros del tablero eléctrico y cada vez que se enciende tiene una baja intensidad.
En el mismo circuito de esta luminaria se tiene conectado 4 luminarias de 100W, con una interdistancia entre ellas de 15metros.
Para solucionar este inconveniente se debe verificar cual es la caída de tensión distribuida de las luminarias y que la caída de tensión de ninguna luminaria sea mayor que el 3% recomendado por el fabricante y la norma NEC/NTC2050.
Ejemplo de verificación de caída de tensión distribuida en circuitos ramales o derivados:
Como se puede ver en la verificación la caída de tensión para la 5ta luminaria supera el 3%, por lo tanto una solución puede ser aumentar el calibre el cable o disminuir la distancia como se ve en la próxima figura 4, de 15m a 14m.
¿Cómo se puede reducir la caída de tensión en una instalación eléctrica?
Existen varias estrategias para reducir la caída de tensión en una instalación eléctrica, algunas de las cuales son:
1. Aumentar la sección del cableado:
Utilizar cables de mayor sección para la corriente que circula por ellos. Esto reduce la resistencia del cable y, por lo tanto, la caída de tensión.
2. Reducir la longitud del cableado:
Acortar la distancia entre la fuente de alimentación y los puntos de consumo. Evitar recorridos innecesarios o con curvas pronunciadas.
3. Distribuir la carga de forma uniforme:
Evitar sobrecargar un solo circuito con demasiados dispositivos. Distribuir la carga entre diferentes circuitos de forma equilibrada.
Conectar los equipos a un circuito independiente con una buena capacidad de suministro eléctrico.
4. Instalar dispositivos compensadores de caída de tensión:
Utilizar reguladores de voltaje como transformadores acondicionadores para proteger los dispositivos sensibles a las variaciones de voltaje. Instalar transformadores elevadores para aumentar la tensión en el punto de suministro.
La caída de tensión es más significativa en instalaciones con cables largos, de sección pequeña y con una alta carga.
¿Cuál es la caída de voltaje máxima permitida?
No existe una normativa única a nivel mundial que regule la caída de tensión en las instalaciones eléctricas. Cada país o región tiene su propia normativa, que puede variar en cuanto a los requisitos específicos y los valores límite permitidos.
A continuación, se presenta un resumen de la normativa en algunos países:
América:
Colombia: RETIE (Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas) y NTC 2050 (Código Eléctrico Colombiano). La caída de tensión en los conductores de los circuitos ramales no debe superar el 3% y la total en el circuito alimentador y ramal no debe superar el 5%.
México: NOM-001-SEDE-2012 (Instalaciones eléctricas. Requisitos de seguridad). La caída de tensión en los conductores de los circuitos ramales no debe superar el 3% y la total en el circuito alimentador y ramal no debe superar el 5%.
Estados Unidos: National Electrical Code (NEC). La caída de tensión en los circuitos de alumbrado no debe superar el 3% y en los circuitos de fuerza no debe superar el 5%.
Europa:
España: REBT (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión) e ITC-BT-17 (Instrucción Técnica Complementaria). La caída de tensión en los conductores de los circuitos finales no debe superar el 4% y la total en el circuito alimentador y final no debe superar el 5%.
Alemania: DIN VDE 0100 (Normas Alemanas para Instalaciones Eléctricas). La caída de tensión en los conductores de los circuitos de alumbrado no debe superar el 3% y en los circuitos de fuerza no debe superar el 5%.
Asia:
China: GB 50303 (Código Eléctrico para Edificios). La caída de tensión en los conductores de los circuitos de alumbrado no debe superar el 3% y en los circuitos de fuerza no debe superar el 5%.
Japón: JEAC 8602 (Estándar para Instalaciones Eléctricas en Edificios). La caída de tensión en los conductores de los circuitos de alumbrado no debe superar el 3% y en los circuitos de fuerza no debe superar el 5%.
Además de la normativa, también es importante tener en cuenta las recomendaciones de los fabricantes de equipos eléctricos. Los fabricantes suelen indicar en las especificaciones de sus equipos la caída de tensión máxima para un funcionamiento correcto.