¿Cómo Calcular la Caída de Tensión? Guía Completa Según el NEC/NFPA70/NTC2050

El código eléctrico NEC/NFPA70/NTC2050 no considera que la caída de tensión sea un problema de seguridad, sino de eficiencia operativa, por ello no obliga su cumplimiento sino que lo recomienda mediante notas de letra pequeña.

A continuación, te explicaremos cómo calcular la caída de tensión, junto con ejemplos prácticos y las recomendaciones clave del NEC/NFPA70/NTC2050. Aprenderás cómo aplicar la ley de Ohm, fórmulas específicas y cómo estas afectan la eficiencia de tus equipos.

¿Qué es la Caída de Tensión?

La caída de tensión ocurre cuando hay una disminución en el voltaje a lo largo de los conductores del circuito desde la fuente de alimentación hasta el equipo.

Si la caída de tensión es significativa, puede afectar el rendimiento del equipo, causando sobrecalentamiento en motores, fallos en equipos electrónicos y una disminución de la eficiencia de los sistemas de iluminación y calefacción.

Recomendaciones del NEC/NFPA70/NTC2050 Sobre la Caída de Tensión

Aunque no es un requisito obligatorio, el NEC sugiere con notas que la caída de tensión en circuitos alimentadores + ramales no debe superar el 5% en total y un 3% es para los circuitos ramales.

1. Método de la Ley de Ohm

Este método es adecuado para circuitos monofásicos y utiliza la fórmula básica:

• I: Corriente en amperios (A)
• R: Resistencia del conductor en ohmios (Ω), según el Capítulo 9, Tabla 8 o 9 del NEC/NFPA70/NTC2050.

Ejemplo de Cálculo de Caída de Tensión Ley de Ohm

¿Cuál es la caída de tensión de un circuito eléctrico en cable No. 12 que suministra potencia a una carga de 120 V y 17 A ubicada a 100 pies (30 m) de la fuente?

1. Calculo de la Resistencia del cable No 12:

2. Sustituyendo los valores dados en la fórmula de la Ley de Ohm:

3. Calculando el porcentaje de caída de tensión:

El porcentaje de caída de tensión se calcula con la siguiente fórmula:

Sustituyendo los valores:

4. Voltaje de funcionamiento después de una caída de tensión

2. Fórmula para calculo Monofásico y Trifásico

a. Para un circuito monofásico, la fórmula de caída de tensión es:

K: Constante de resistencia en corriente continua. Para cobre es 12,9 Ω y para aluminio es 21,2 Ω, a una temperatura de operación de 75º C.

Q: Factor de ajuste de corriente alterna. Se aplica a conductores de gran tamaño (No. 2/0 o mayores) para corregir los efectos de la autoinducción (efecto piel). Se calcula dividiendo la resistencia de corriente alterna (Tabla 9, Capítulo 9 del NEC) entre la resistencia de corriente continua (Tabla 8, Capítulo 9 del NEC).

D: Distancia en pies (ft) o metros (m)

CM: Área de la sección transversal del conductor en milésimas circulares (CM), tomada de la Tabla 8, Capítulo 9 del NEC/NFPA70/NTC2050.

Ejemplo de cálculo de caída de tensión monofásico

Un conductor de cobre No. 6 alimenta una carga monofásica de 44 amperios y 240 voltios (Monofásico), ubicada a 160 pies del tablero. ¿Cuál es la caída de tensión?

Datos base:

K = 12,9 Ω (para conductores de cobre).

Q = 1 (no hay factor de ajuste ya que el conductor No. 6 es menor al No 2/0 y no hay problemas de autoinducción).

I = 44 A.

D = 160 pies.

CM = 26,240 mils circulares (de la Tabla 8, Capítulo 9 del NEC para un conductor No. 6 de cobre).

1. Aplicamos la fórmula:

2. Cálculo del porcentaje de caída de tensión:

3. Voltaje de funcionamiento:

b. Para un circuito trifásico, la fórmula de caída de tensión es:

K: Constante de resistencia en corriente continua. Para cobre es 12,9 Ω y para aluminio es 21,2 Ω, a una temperatura de operación de 75º C.

Q: Factor de ajuste de corriente alterna. Se aplica a conductores de gran tamaño (No. 2/0 o mayores) para corregir los efectos de la autoinducción (efecto piel). Se calcula dividiendo la resistencia de corriente alterna (Tabla 9, Capítulo 9 del NEC) entre la resistencia de corriente continua (Tabla 8, Capítulo 9 del NEC).

D: Distancia en pies (ft) o metros (m)

CM: Área de la sección transversal del conductor en milésimas circulares (CM), tomada de la Tabla 8, Capítulo 9 del NEC/NFPA70/NTC2050.

Ejemplo de cálculo de caída de tensión trifásico

Una carga trifásica de 208 V y 36 kVA está ubicada a 80 pies del tablero. Se usa conductor de aluminio No. 250 AWG. ¿Cuál es la caída de tensión?

Datos base:

CM = 250000 mils circulares (de la Tabla 8, Capítulo 9 del NEC para un conductor No. 250kCmil de aluminio).

K = 21,2 Ω (para conductores de aluminio).

Q = 1.015 (según la Tabla 9 y tabla 8 del NEC para conductores No. 1 de aluminio).

I = 36kVA equivalente a 100 A.

D = 80 pies (24,3 m).

1. Aplicamos la fórmula:

Tabla 8, NEC/NFPA70/NTC2050

Notas de la tabla 8 del capitulo 9:

1. Estos valores de resistencia son válidos solamente para los parámetros indicados. Al usar conductores con hilos recubiertos, de distinto tipo de trenzado y especialmente a otras temperaturas, cambia la resistencia.
2. Ecuación para el cambio de temperatura: R2 = R1 [1 + α (T2 − 75)] donde αcu = 0.00323, αAL = 0.00330 at 75 °C.
3. Los conductores con trenzado compacto o comprimido tienen aproximadamente un 9 % y un 3 %, respectivamente, menos de diámetro del conductor desnudo que los conductores mostrados. Para las dimensiones reales de los cables compactos, Ver la Tabla 5A.
4. Las conductividades usadas, según la IACS: cobre desnudo = 100 %, aluminio = 61 %.
5. El trenzado de Clase B está listado también como sólido para algunos calibres. Su área y diámetro total son los de la circunferencia circunscrita.

Tabla 9, NEC/NFPA70/NTC2050

Notas de la tabla 9 del capitulo 9:

1. Estos valores se basan en las siguientes constantes: alambres del tipo RHH del UL con trenzado de Clase B, en configuración acunada. La conductividad de los alambres es del 100 % IACS para cobre y del 61 % IACS para aluminio; la del tubo (conduit) de aluminio es del 45 % IACS. No se tiene en cuenta la reactancia capacitiva, que es insignificante a estas tensiones. Estos valores de resistencia sólo son válidos a 75° C y para los parámetros dados, pero son representativos para los tipos de alambres para 600 V que operen a 60 Hz.
2. Z Eficaz es definido como R cos(θ) + X sin(θ), donde θ es el ángulo del factor de potencia del circuito. Al multiplicar la corriente por la impedancia eficaz se obtiene una buena aproximación de la caída de tensión de línea a neutro. Los valores de impedancia eficaz de esta tabla sólo son válidos con un factor de potencia de 0,85. Para cualquier otro factor de potencia (PF), del circuito, la impedancia eficaz (Ze) se puede calcular a partir de los valores de R y XL dados en esta tabla, como sigue: Ze = R × PF + XL sen[arccos(PF)].