La caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados es crítica para la eficiencia y seguridad eléctrica industrial. Calcularla correctamente evita pérdidas, sobrecalentamientos y fallas en equipos eléctricos.
Este artículo explica cómo calcular la caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados según NEC y NTC 2050. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) de Calculadora de caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados (NEC / NTC 2050)
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- Calcular la caída de tensión para un motor trifásico de 30 kW, 380 V, 100 m, cable de cobre.
- ¿Cuál es la caída de tensión en un sistema trifásico de 440 V, 50 A, 200 m, cable aluminio?
- Determina el calibre de conductor para limitar la caída de tensión al 3% en 150 m, 220 V, 60 A.
- ¿Qué caída de tensión se produce en 120 m, 480 V, 75 A, cable de cobre, según NTC 2050?
Tabla de valores comunes para la Calculadora de caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados (NEC / NTC 2050)
| Calibre AWG/MCM | Material | Resistencia (Ω/km) | Reactancia (Ω/km) | Corriente (A) | Longitud (m) | Caída de Tensión (%) | Voltaje Nominal (V) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 12 AWG | Cobre | 5.211 | 0.083 | 20 | 50 | 2.1 | 220 |
| 10 AWG | Cobre | 3.277 | 0.080 | 30 | 100 | 2.7 | 220 |
| 8 AWG | Cobre | 2.061 | 0.078 | 40 | 100 | 2.1 | 220 |
| 6 AWG | Cobre | 1.296 | 0.076 | 55 | 100 | 1.7 | 220 |
| 4 AWG | Cobre | 0.815 | 0.073 | 70 | 100 | 1.2 | 220 |
| 2 AWG | Cobre | 0.513 | 0.071 | 95 | 100 | 0.8 | 220 |
| 1/0 AWG | Cobre | 0.324 | 0.068 | 125 | 100 | 0.5 | 220 |
| 250 MCM | Cobre | 0.068 | 0.062 | 255 | 100 | 0.2 | 220 |
| 500 MCM | Cobre | 0.034 | 0.058 | 380 | 100 | 0.1 | 220 |
| 12 AWG | Aluminio | 8.282 | 0.083 | 15 | 50 | 3.3 | 220 |
| 8 AWG | Aluminio | 3.277 | 0.078 | 30 | 100 | 3.3 | 220 |
| 4 AWG | Aluminio | 1.288 | 0.073 | 55 | 100 | 1.9 | 220 |
| 2 AWG | Aluminio | 0.810 | 0.071 | 75 | 100 | 1.2 | 220 |
| 1/0 AWG | Aluminio | 0.509 | 0.068 | 100 | 100 | 0.8 | 220 |
| 250 MCM | Aluminio | 0.103 | 0.062 | 205 | 100 | 0.3 | 220 |
| 500 MCM | Aluminio | 0.051 | 0.058 | 310 | 100 | 0.2 | 220 |
La tabla anterior muestra valores típicos de resistencia y reactancia para conductores de cobre y aluminio, corrientes nominales, longitudes y caídas de tensión porcentuales, útiles para cálculos rápidos y selección de conductores.
Fórmulas para la Calculadora de caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados (NEC / NTC 2050)
El cálculo de la caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados se basa en la siguiente fórmula general:
Caída de Tensión (V) = √3 × I × (R × cosφ + X × senφ) × L
- Caída de Tensión (V): Diferencia de potencial entre el origen y el final del circuito (en voltios).
- √3: Raíz cuadrada de 3 (aprox. 1.732), por la naturaleza trifásica.
- I: Corriente de carga (en amperios, A).
- R: Resistencia del conductor por unidad de longitud (Ω/km o Ω/m).
- X: Reactancia del conductor por unidad de longitud (Ω/km o Ω/m).
- cosφ: Factor de potencia (típicamente entre 0.8 y 1.0 para cargas industriales).
- senφ: Seno del ángulo de fase (φ), relacionado con el factor de potencia.
- L: Longitud del circuito (en km o m, según unidades de R y X).
Para obtener la caída de tensión en porcentaje respecto al voltaje nominal:
Caída de Tensión (%) = [Caída de Tensión (V) / Voltaje Nominal (V)] × 100
- Voltaje Nominal (V): Tensión de operación del sistema (220 V, 380 V, 440 V, etc.).
Para sistemas donde la reactancia es despreciable (instalaciones cortas o baja inductancia), la fórmula se simplifica:
Caída de Tensión (V) = √3 × I × R × L
Las normativas NEC y NTC 2050 recomiendan que la caída de tensión no supere el 3% para circuitos de alumbrado y el 5% para circuitos alimentadores y ramales combinados.
Valores comunes de variables
- R (Ω/km): Depende del material y calibre. Cobre: 0.034 (500 MCM) a 5.211 (12 AWG). Aluminio: 0.051 (500 MCM) a 8.282 (12 AWG).
- X (Ω/km): Generalmente entre 0.058 y 0.083 para cables típicos.
- cosφ: 0.8 (motores), 0.9 (equipos electrónicos), 1.0 (resistencias puras).
- L: Longitud real del cableado, ida y vuelta si es monofásico, solo ida en trifásico.
Ejemplos del mundo real de la Calculadora de caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados (NEC / NTC 2050)
Ejemplo 1: Motor trifásico en una planta industrial
Un motor trifásico de 30 kW, 380 V, factor de potencia 0.85, se instala a 100 m del tablero. Se utiliza cable de cobre calibre 4 AWG. ¿Cuál es la caída de tensión?
- Potencia (P): 30,000 W
- Voltaje (V): 380 V
- cosφ: 0.85
- L: 100 m = 0.1 km
- R (4 AWG cobre): 0.815 Ω/km
- X (4 AWG cobre): 0.073 Ω/km
Primero, calculamos la corriente:
I = 30,000 / (1.732 × 380 × 0.85) ≈ 53.7 A
Luego, calculamos la caída de tensión:
senφ = √(1 – cos²φ) = √(1 – 0.7225) ≈ 0.527
Caída = 1.732 × 53.7 × (0.815 × 0.85 + 0.073 × 0.527) × 0.1
= 1.732 × 53.7 × (0.6928 + 0.0385) × 0.1
= 1.732 × 53.7 × 0.7313 × 0.1
= 1.732 × 53.7 × 0.07313
= 1.732 × 3.929
= 6.8 V
Porcentaje de caída de tensión:
La caída de tensión está dentro del límite recomendado por NEC/NTC 2050.
Ejemplo 2: Alimentador de alumbrado público
Un alimentador trifásico de 220 V suministra 60 A a una distancia de 150 m, usando cable de aluminio 2 AWG. Factor de potencia 0.9. ¿Cuál es la caída de tensión?
- I: 60 A
- V: 220 V
- L: 150 m = 0.15 km
- R (2 AWG aluminio): 0.810 Ω/km
- X (2 AWG aluminio): 0.071 Ω/km
- cosφ: 0.9
- senφ: √(1 – 0.81) = 0.435
Caída de tensión:
= 1.732 × 60 × (0.729 + 0.0309) × 0.15
= 1.732 × 60 × 0.7599 × 0.15
= 1.732 × 60 × 0.11399
= 1.732 × 6.839
= 11.85 V
Porcentaje de caída de tensión:
En este caso, la caída de tensión supera el 5%. Se recomienda aumentar el calibre del conductor o reducir la longitud.
Recomendaciones prácticas y consideraciones normativas
- Verifica siempre los valores de resistencia y reactancia en las tablas del fabricante o normas técnicas.
- Considera el factor de potencia real de la carga para mayor precisión.
- En instalaciones críticas, utiliza conductores de mayor calibre para reducir la caída de tensión.
- Consulta la NEC y la NTC 2050 para requisitos actualizados.
- Utiliza herramientas de cálculo automatizadas para proyectos complejos o grandes distancias.
La correcta aplicación de la calculadora de caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados (NEC / NTC 2050) garantiza eficiencia, seguridad y cumplimiento normativo en instalaciones eléctricas industriales y comerciales.
Preguntas frecuentes sobre la Calculadora de caída de tensión en sistemas trifásicos balanceados (NEC / NTC 2050)
- ¿Por qué es importante limitar la caída de tensión? Para evitar sobrecalentamiento, pérdidas de energía y mal funcionamiento de equipos.
- ¿Qué hacer si la caída de tensión supera el límite? Aumentar el calibre del conductor, reducir la longitud o mejorar el factor de potencia.
- ¿La reactancia siempre debe considerarse? En trayectos largos o cables agrupados, sí. En trayectos cortos, puede despreciarse.
- ¿Qué normativas aplican? NEC (National Electrical Code) y NTC 2050 (Colombia), entre otras normas locales.
Para cálculos avanzados y proyectos de gran escala, consulta siempre a un ingeniero electricista certificado y utiliza software especializado.