Calculadora de potencia trifásica en kW desde V, A y fp (salida en W)

Calculadora de potencia trifásica en kW desde V, A y fp para ingenieros profesionales eléctricos.

Incluye fórmulas, variables, tablas, ejemplos prácticos y referencias normativas para aplicaciones industriales residenciales, comerciales, críticas.

Fundamento físico y fórmulas esenciales para sistemas trifásicos

La potencia activa en un sistema trifásico equilibrado se calcula mediante la relación:

Cuando se desea la potencia en kilovatios (kW):

Alternativa usando tensión fase‑neutro

Si la tensión especificada es fase‑neutro (V(L‑N)) y el sistema es equilibrado:

Potencia aparente y reactiva

Las magnitudes relacionadas son:

Descripción de variables y valores típicos

• V(L‑L): tensión entre líneas (voltaje línea a línea). Valores típicos: 230/400 V, 400 V, 480 V, 600 V, 690 V según región y aplicación.
• V(L‑N): tensión línea a neutro. En sistemas 230/400 V, V(L‑N)=230 V si V(L‑L)=400 V.
• I: corriente por fase (A). Depende de la carga y la potencia instalada.
• cosφ (fp): factor de potencia (unitario para cargas puramente resistivas, <1 si inductivo o capacitivo). Valores típicos: 0.6–0.95.
• P: potencia activa (W o kW) — energía entregada/convertida útilmente.
• S: potencia aparente (VA o kVA) — producto de tensión y corriente sin considerar fase.
• Q: potencia reactiva (VAR) — energía alterna almacenada y devuelta por inductancias/capacitancias.

Valores típicos de ejemplo para variables

• Tensiones comerciales frecuentes: 208 V, 230/400 V (50 Hz), 277/480 V (60 Hz), 400 V industrial, 600–690 V para grandes motores.
• Factores de potencia típicos por tipo de carga:
  • Resistiva: cosφ ≈ 1.0
  • Motores asíncronos (carga parcial): cosφ ≈ 0.75–0.9
  • Iluminación LED/fluorescente con electrónica: 0.6–0.95 (dependiendo del driver)
  • Fuente conmutada sin corrección: 0.5–0.7

Tablas de referencia: tensiones, factores de potencia y corrientes

Procedimiento de cálculo paso a paso

1. Identificar si la tensión indicada es línea‑línea (V(L‑L)) o línea‑neutro (V(L‑N)).
2. Seleccionar la fórmula apropiada:
   • Si V(L‑L) está disponible: P(kW) = (√3 × V(L‑L) × I × cosφ) / 1000
   • Si V(L‑N) está disponible: P(kW) = (3 × V(L‑N) × I × cosφ) / 1000
3. Introducir los valores medidos o nominales y calcular P.
4. Considerar precisión de instrumentos, balance de fases, armónicos y condición de carga.
5. Redondear resultado conforme a la incertidumbre de medida y requisitos normativos.

Ejemplos prácticos resueltos

Ejemplo 1 — Cálculo de corriente a partir de potencia nominal

Datos: motor de 55 kW, tensión de alimentación V(L‑L)=400 V, factor de potencia cosφ=0.90, sistema trifásico equilibrado.

Objetivo: calcular la corriente por fase I.

1) Convertir P a vatios: P(W) = 55 kW × 1000 = 55 000 W.

2) Usar fórmula despejando I:

3) Sustituyendo valores:

Resultado: I ≈ 88.2 A por fase. Selección de fusible/cable y protección debe considerar corrientes de arranque y factor de simultaneidad.

Ejemplo 2 — Cálculo de potencia activa desde mediciones

Datos: medición en planta: V(L‑L)=480 V, I (medida en fase) = 120 A, cosφ = 0.85, sistema trifásico equilibrado.

Objetivo: obtener P en kW.

1) Aplicar fórmula:

2) Sustitución y cálculo:

√3 ≈ 1.732

3) Convertir a kW:

Resultado: potencia activa ≈ 84.8 kW.

Ejemplo 3 — Interpretación para conexión en estrella vs triángulo

Situación: un motor nominal 37 kW indica tensión 400 V en conexión en triángulo (Δ). Determinar la corriente por línea si cosφ=0.88.

I ≈ 37 000 / 609.664 ≈ 60.7 A

Si se conectara en estrella (Y), el motor vería tensión fase a neutro V(L‑N)=400/√3 ≈ 230 V, y la corriente por cada devanado sería diferente; para cálculos de línea habría que adaptar la fórmula correspondiente.

Consideraciones prácticas y errores comunes

• Medición de tensión y corriente: usar instrumentos True RMS para sistemas con distorsión armónica.
• Un balance de fases incorrecto produce errores: la fórmula de equilibrio no es válida en cargas claramente desequilibradas.
• Factor de potencia: si se desconoce, medir con analizador de redes; usar supuestos conservadores (por ejemplo cosφ=0.8) para dimensionamiento preventivo.
• Armónicos: las potencias calculadas con valores RMS pueden no representar pérdidas reales si hay armónicos significativos; consulte IEEE 1459.
• Arranques y sobrecargas: dimensionar protecciones y conductores por corriente de arranque y temperatura ambiente.

Factores de corrección y pérdidas

Al diseñar un sistema o interpretar la potencia medida, considere:

1. Pérdidas en transformadores y conductores (I²R), que incrementan la demanda total.
2. Temperatura ambiente y capacidad de corriente de cables según normativa local.
3. Factor de simultaneidad cuando varias cargas funcionan en un sistema común.
4. Necesidad de corrección del factor de potencia (bancos de condensadores, filtros activos) para reducir penalizaciones de la compañía eléctrica.

Aplicaciones avanzadas y casos especiales

Sistemas con neutro flotante o sin neutro

En redes sin neutro accesible sólo se dispone de V(L‑L). Siempre aplicar la fórmula con V(L‑L). Evitar confundir V(L‑N) y V(L‑L) en transformadores trifásicos.

Cargas no equilibradas

Para cargas no equilibradas debe medirse cada fase independientemente. La potencia total es suma de las potencias por fase:

donde P_X = V_X × I_X × cosφ_X (expresado en correspondencia de tensiones entre conductor y referencia).

Medición con transformadores de corriente (TC) y transformadores de tensión (TV)

• Aplicar relación del TC para obtener la corriente primaria: I_prim = I_sec × relación_TC.
• Corregir mediciones por precisión del TC y TV (clase de precisión, por ejemplo 0,5; 1,0).
• Si se usan TC en cada fase, combinar lecturas para S, P y Q según fórmulas anteriores ajustadas por relaciones.

Buenas prácticas para implementadores de calculadoras

1. Validar entradas: distinguir V(L‑L) vs V(L‑N); permitir selección de unidades (V, kV; A, kA).
2. Permitir entrada de factor de potencia o ángulo φ y calcular ambos (cosφ y sinφ).
3. Incluir advertencias sobre instrumentos True RMS y condiciones no sinusoidales.
4. Ofrecer resultados en W, kW, kVA y kvar, con redondeo según tolerancia de entrada.
5. Registrar supuestos y condiciones de medición en el informe generado por la calculadora.

Referencias normativas y lecturas recomendadas

Documentos y estándares relevantes (acceso a normativa vigente y guías técnicas):

• IEC 60034 — Máquinas eléctricas rotativas. https://www.iec.ch
• IEEE Std 1459 — Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions. https://standards.ieee.org
• UNE‑EN 61000 — Compatibilidad electromagnética (serie). https://www.une.org
• IEC 60051 — Instrumentos eléctricos de medida (grupos de medidores analógicos y digitales). https://www.iec.ch
• Normas nacionales de instalación eléctrica (por ejemplo NEC en EE. UU. o REBT/REBT‑IT en España) para dimensionamiento y protección.
• Publicaciones de CIGRÉ y NEMA para ensayos de motores y transformadores. https://www.cigre.org, https://www.nema.org

Verificación práctica y control de calidad

• Comprobar coherencia: si P calculada y S calculada dan un cosφ fuera de 0–1, revisar mediciones y signo de componentes.
• Comparar con placa de datos del equipo (motor o máquina) y factores de servicio.
• Realizar ensayos de arranque para conocer corrientes de inrush y su impacto en dimensionamiento.
• Verificar que los instrumentos de medida estén calibrados y certificados.

Resumen operativo para ingeniería

1. Identificar claramente V(L‑L) o V(L‑N) y si el sistema está balanceado.
2. Usar P(kW) = (√3 × V(L‑L) × I × cosφ)/1000 para calcular potencia activa desde medidas.
3. Para calcular corriente desde potencia: I = P(W) / (√3 × V(L‑L) × cosφ).
4. Considerar armónicos, desequilibrio y precisión de instrumentos al interpretar resultados.
5. Aplicar normativa local y recomendaciones de fabricantes para protecciones y dimensionamiento.

Notas finales sobre implementación y seguridad

• Al trabajar en instalaciones eléctricas, seguir procedimientos de bloqueo/etiquetado y EPP adecuado.
• Las calculadoras son herramientas de apoyo; siempre verificar con mediciones directas y criterios normativos antes de decisiones de diseño.
• Registrar condiciones operativas (temperatura, altitud, factor de simultaneidad) que afecten capacidad de transporte y disipación térmica.

Si necesita, puedo generar una hoja de cálculo con las fórmulas implementadas, preparar un conjunto de ejemplos personalizados según tensiones y factores de potencia específicos, o traducir los cálculos a plantillas para sistemas SCADA o gestores de energía.