Calculadora de caída de tensión mono/trifásico Cu/Al online: longitud y FP

Esta guía técnica explica cálculo de caída de tensión en sistemas monofásicos y trifásicos industriales.

Se incluyen fórmulas, tablas, ejemplos prácticos y referencias normativas internacionales para diseño eléctrico de cálculo.

Single- and Three-phase Voltage Drop Calculator (Cu/Al, length, power factor)

System type Three-phase Single-phase

Nominal line voltage (V)

Load current (A)

Cable run length, one-way (m)

Conductor material Copper (Cu) Aluminium (Al)

Conductor cross-section (mm²)

Load power factor cosφ (–) 0.80 (typical inductive) 0.85 0.90 0.95 1.00 (resistive) Custom

Custom power factor cosφ (–)

Advanced options

Parallel conductors per phase (qty)

Operating conductor temperature (°C)

AC reactance per km (Ω/km)

Override resistivity at 20 °C ρ20 (Ω·mm²/m)

Override temperature coefficient α (1/°C)

Allowable voltage drop (%)

Optionally upload an equipment nameplate or wiring diagram image to suggest typical input values.

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Enter the electrical and cable data to obtain the voltage drop and percentage.

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Formulas used (single- and three-phase voltage drop):

• Effective cross-sectional area: A_eff = A_nominal × n_parallel [A_nominal in mm², n_parallel = number of parallel conductors per phase].
• Resistivity at 20 °C: ρ20 (automatic defaults): copper ≈ 0.017241 Ω·mm²/m, aluminium ≈ 0.028264 Ω·mm²/m.
• DC resistance at 20 °C per metre: R20_per_m = ρ20 / A_eff [Ω/m].
• Temperature-corrected resistance per metre: Rθ_per_m = R20_per_m × (1 + α × (θ − 20)) where α is the temperature coefficient (1/°C) and θ is operating temperature in °C.
• Total phase resistance: R = Rθ_per_m × L [Ω], with L the one-way physical length in metres.
• AC reactance per metre: X_per_m = X_per_km / 1000 [Ω/m].
• Total phase reactance: X = X_per_m × L [Ω].
• Power factor: cosφ = PF (user input), sinφ = sqrt(1 − cos²φ), assuming inductive load.
• Single-phase voltage drop: ΔV_1φ = 2 × I × (R × cosφ + X × sinφ) [V].
• Three-phase voltage drop: ΔV_3φ = √3 × I × (R × cosφ + X × sinφ) [V].
• Voltage drop percentage: ΔV% = (ΔV / V_nominal) × 100 [%].
• Load voltage at terminals: V_load = V_nominal − ΔV [V].
• Current density (approximate): J = I / A_eff [A/mm²].

Parameter	Typical value (copper)	Typical value (aluminium)	Notes
Resistivity ρ20 (Ω·mm²/m)	0.017241	0.028264	Used for DC resistance at 20 °C when no override is provided.
Temperature coefficient α (1/°C)	0.00393	0.00403	Linear approximation for resistance versus temperature.
Reactance X_per_km (Ω/km)	0.07–0.09	0.07–0.09	Low-voltage insulated cables in typical installation conditions.
Design voltage drop limits (%)	3–5 %		Common practice depending on standards and circuit type (feeder, final circuit, motor).

How is the cable length treated in the voltage drop calculation?

The input length is the one-way physical distance from source to load. For single-phase circuits the electrical loop is automatically accounted for by the factor 2 in the formula. For three-phase circuits the factor √3 is used, so you do not need to double the length manually.

What power factor should I use if it is not known?

If the exact power factor is unknown, typical design values are 0.8–0.9 for inductive motor loads and 0.95–1.0 for mainly resistive or well-compensated loads. When in doubt, a slightly lower power factor yields a more conservative voltage drop estimate.

When should I override resistivity or temperature coefficient?

Override ρ20 or α only when you have manufacturer data for a specific conductor alloy or when you need closer alignment with detailed cable catalogues or standards. For most low-voltage design tasks, the default values for copper and aluminium are sufficiently accurate.

How do parallel conductors per phase affect voltage drop?

Parallel conductors increase the effective cross-sectional area, reducing resistance and thus voltage drop. The calculator multiplies the nominal cross-section by the number of parallels per phase to compute the effective area and current density.

Fundamentos físicos y fórmulas esenciales

La caída de tensión es la diferencia de potencial entre origen y carga debida a la impedancia del conductor.

Para diseño correcto se considera resistencia, reactancia, longitud, material, corriente y factor de potencia.

Formulación general

Monofásico (tensión fase a neutro):

Trifásico (tensión línea a línea):

Donde:

• I = corriente de carga (A)
• R = resistencia por unidad de longitud (Ω/m o Ω/km)
• X = reactancia por unidad de longitud (Ω/m o Ω/km)
• φ = ángulo de desfase, cosφ = factor de potencia
• L = longitud unidireccional del conductor (m)

Porcentaje de caída

Vnom se toma: 230 V para monofásico (fase-neutro) y 400 V para trifásico (línea-línea) en sistemas IEC 50 Hz.

Resistencia dependiente de temperatura

Variables:

• R(T) = resistencia a la temperatura T (Ω)
• R20 = resistencia a 20 °C (Ω)
• α = coeficiente de temperatura (Cu = 0.00393/°C, Al = 0.00403/°C)
• T = temperatura de funcionamiento del conductor (°C)

Valores típicos de R y X para conductores Cu y Al

Las tablas siguientes contienen valores de resistencia a 20 °C (Ω/km) para secciones habituales y valores típicos de reactancia X (Ω/km) usados en cálculo práctico. Los valores provienen de tablas normalizadas (IEC 60228) y mediciones típicas en instalaciones.

Notas:

• R expresada en ohm/km a 20 °C (valores normalizados IEC 60228).
• X depende del montaje (cable en bandeja, conductores paralelos, agrupamiento); los valores son típicos para baja tensión en instalaciones industriales.

Implementación de una calculadora en línea: entradas y algoritmo

Entradas necesarias

• Tipo de sistema: Monofásico o Trifásico
• Tensión nominal (V): 230 V, 400 V, etc.
• Corriente o potencia de carga (I en A o P en kW)
• Factor de potencia (cosφ) o ángulo φ
• Longitud unidireccional (m)
• Sección del conductor (mm²) o material y diámetro
• Material: Cu (cobre) o Al (aluminio)
• Temperatura de operación (°C) para corrección de R
• Configuración del trazado para seleccionar X típico

Algoritmo paso a paso

1. Obtener R20 desde tabla según sección y material (Ω/km) y convertir a Ω/m: Rm = R20 / 1000.
2. Corregir resistencia por temperatura: Rcorr = Rm × [1 + α × (T − 20)].
3. Obtener Xm (Ω/km) desde tabla y convertir a Ω/m: Xm = X / 1000.
4. Calcular componente resistiva y reactiva ponderada por fp:
   Zcomp = Rcorr × cosφ + Xm × sinφ
5. Aplicar fórmula según tipo:
   Monofásico: Vdrop = 2 × I × Zcomp × L
   Trifásico: Vdrop = √3 × I × Zcomp × L
6. Obtener porcentaje: Vdrop% = (Vdrop / Vnom) × 100
7. Comparar con límites recomendados (ej. buen diseño: Vdrop% ≤ 3% en circuitos finales, ≤ 5% en total).

Ejemplos prácticos desarrollados

Se presentan dos casos reales: monofásico para iluminación de planta y trifásico para motor industrial.

Ejemplo 1: Monofásico — Iluminación planta

Datos:

• Tipo: Monofásico 230 V (fase-neutro)
• Carga: 20 A (consumidor de luminarias)
• Factor de potencia: cosφ = 0.95 (inductivo)
• Longitud: 50 m (unidireccional)
• Conductor: Cu 6 mm²
• Temperatura conductor: 30 °C
• X típica: 0.09 Ω/km (ver tabla)

Rcorr = 0.00308 × [1 + 0.00393 × 10] = 0.00308 × [1 + 0.0393] = 0.00308 × 1.0393 = 0.003200 Ω/m (aprox.)

Interpretación: La caída de tensión es 2.67%, dentro de la recomendación de ≤3% para circuitos finales. Se considera aceptable para iluminación.

Ejemplo 2: Trifásico — Alimentación motor

Datos:

• Tipo: Trifásico 400 V (línea-línea)
• Carga: motor con corriente nominal 85 A
• Factor de potencia: cosφ = 0.85 (inductivo)
• Longitud: 120 m (unidireccional)
• Conductor: Al 70 mm²
• Temperatura conductor: 40 °C
• X típica: 0.064 Ω/km (ver tabla)

Rcorr = 0.000429 × [1 + 0.00403 × 20] = 0.000429 × [1 + 0.0806] = 0.000429 × 1.0806 = 0.0004635 Ω/m

Interpretación: La caída es 1.89%, significativamente por debajo de límites habituales (≤5% total), por lo que la sección es adecuada desde el punto de vista de caída de tensión. No obstante, verificar calentamiento y caída en arranque del motor.

Consideraciones avanzadas y buenas prácticas

• Ajuste de la reactancia X según montaje: conductores en bandeja, enterrados o en conducto presentan X distintos; para calculadora online permitir selección.
• Para cargas monofásicas repartidas, considerar balance de fases y cableado por fase para estimación realista.
• Considerar caída en bornes, unión y transformadores si la suma total debe cumplir criterio global (alimentación + ramal).
• Aplicar factor de corrección por agrupamiento y por temperatura en la capacidad de conducción cuando la sección se dimensiona por corriente.
• En motores, considerar corriente de arranque y tensión mínima admisible para torque; la caída en arranque puede exigir sobredimensionamiento temporal o arrancador.

Condiciones donde la reactancia domina

Para longitudes muy grandes o conductores con alta inductancia (líneas aéreas, conductores separados), la contribución Xi = X × sinφ puede ser significativa. En cargas muy inductivas (cosφ bajo), X influye más que R.

Normativa, recomendaciones y enlaces de autoridad

Recomendaciones y límites de diseño:

• Buena práctica: caída ≤ 3% en circuitos terminales (iluminación, tomas) y ≤ 5% en conjunto (alimentación + ramal).
• Norma IEC 60364 Part 5 (selección y montaje) y IEC 60228 (conductores) son referencias internacionales sobre cálculos y tablas.
• NEC / NFPA 70 (Estados Unidos) recomienda prácticas para mantener caída de tensión razonable; ver NFPA para detalles.
• En España, el REBT (ITC-BT-19) establece criterios para caída de tensión y dimensionado; consulte el BOE para texto oficial.

Enlaces de referencia:

• IEC (International Electrotechnical Commission): https://www.iec.ch/
• IEC 60228 (conductores) y IEC 60364 (instalaciones eléctricas): consulte catálogo IEC
• NEMA / IEEE: https://standards.ieee.org/ y https://www.nema.org/
• NFPA (NEC): https://www.nfpa.org/
• Boletín Oficial del Estado (España) — REBT: https://www.boe.es/ (buscar ITC-BT-19)

Verificación práctica y presentación de resultados en una calculadora

Salida recomendada en calculadora:

• Vdrop absoluto (V)
• Vdrop en porcentaje (%)
• Recomendación normativa (aceptable / revisar / excede)
• Detalle de cálculo: R20, Rcorr, X, cosφ, sinφ, Zcomp, fórmulas usadas
• Recomendación de sección alternativa si excede límite deseado

Cálculo inverso: seleccionar sección para un máximo de caída

Si se desea cumplir Vdrop%máx, se puede despejar Zcomp requerido:

Donde K = 2 para monofásico, K = √3 para trifásico, y Vnom_inv = Vnom / 100 para convertir porcentaje en fracción. Procedimiento:

1. Determinar Zcomp_req
2. Restar contribución de X (si conocida) o asumir X estimada
3. Obtener Rcorr máximo permitido y buscar sección cuyo R a temperatura sea ≤ Rcorr

Resumen operativo para diseñadores e ingenieros

• Usar tablas normalizadas para R20 (IEC 60228) y ajustar por temperatura.
• Incluir reactancia X para trazados de mayor longitud o cargas inductivas.
• Adoptar criterios normativos: 3% / 5% como guía, y documentar supuestos en memoria de cálculo.
• En calculadora online ofrecer entradas flexibles y mostrar pasos de cálculo para trazabilidad.

Fuentes y literatura adicional

Documentación técnica recomendada:

• IEC 60228 — Conductors of insulated cables
• IEC 60364-5-52 — Selection and erection of electrical equipment — Wiring systems
• IEEE Std 142 (Green Book) — Grounding of Industrial and Commercial Power Systems
• NFPA 70 — National Electrical Code (NEC)
• Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT), ITC-BT-19 (España)

Con estos elementos técnicos, tablas y ejemplos resueltos puede implementarse o utilizarse una calculadora de caída de tensión mono/trifásica para Cu y Al, considerando longitud, factor de potencia y condiciones reales de operación.