Calculadora de corriente eléctrica por fase y neutro (trifásica) — gratis

Calculadora precisa para corriente trifásica por fase y neutro, útil en diseño y mantenimiento industrial.

Herramientas gratuitas permiten calcular corrientes, seleccionar conductores y proteger equipos conforme normativa IEC IEEE local.

Principios básicos de sistemas trifásicos y corriente por fase

Un sistema trifásico consta de tres conductores fase (A, B, C) y opcionalmente un conductor neutro.

Existen dos conexiones típicas: estrella (Y) y triángulo (Δ), cada una con relaciones específicas entre tensiones y corrientes.

Tensiones y corrientes: definiciones y relaciones

• Tensión de línea (V_L): tensión medida entre dos fases (por ejemplo, 400 V o 480 V).
• Tensión de fase (V_Ph): tensión entre una fase y el neutro en conexión estrella.
• Corriente de línea (I_L): corriente que circula por cada conductor de línea.
• Corriente de fase (I_Ph): corriente en cada elemento conectado fase-neutro o fase-fase, según la conexión.

Relación estrella (Y):

En conexión estrella equilibrada, I_L = I_Ph.

Relación triángulo (Δ):

En conexión triángulo equilibrada, I_L = √3 × I_Ph.

Cálculo de potencia y corriente en sistemas trifásicos

Potencia activa (P), reactiva (Q) y aparente (S) se relacionan mediante el factor de potencia cos φ.

Fórmulas comunes (sistema trifásico equilibrado):

Explicación de variables y valores típicos

• P: potencia activa en vatios (W) o kilovatios (kW). Valores típicos: iluminación 1–10 kW; motores industriales 0.25–500 kW.
• S: potencia aparente en voltamperios (VA); S = P / cos φ.
• V_L: tensión de línea en voltios (V). Valores típicos: 230/400 V (Europa), 277/480 V (Norteamérica industrial), 600 V para aplicaciones especiales.
• I_L: corriente de línea en amperios (A). Resultado del cálculo.
• cos φ: factor de potencia (adimensional). Valores típicos: cargas resistivas ≈ 1.0; motores industriales 0.75–0.95; equipos electrónicos 0.6–0.95 (con corrección activa).

Cálculo de la corriente en el neutro

La corriente en el neutro depende del balance entre corrientes de fase y del contenido armónico.

Sistemas balanceados vs. desequilibrados

• Balanceado (cargas iguales, ángulos simétricos): la suma fasorial de corrientes de fase es cero ⇒ I_N = 0 A (corriente neutro teórica).
• Desequilibrado: I_N = |I_A + I_B + I_C| (suma fasorial de las corrientes de fase). El valor real depende de desfases y magnitudes.

Para cálculo vectorial del neutro (fasores):

I_N = √(I_A^2 + I_B^2 + I_C^2 - I_A·I_B·2·cos(θ_A - θ_B) - I_B·I_C·2·cos(θ_B - θ_C) - I_C·I_A·2·cos(θ_C - θ_A) )

Más práctico: calcular las componentes reales e imaginarias de cada corriente y sumar fasorialmente:

Efecto de armónicos, especialmente triplenes

• Armónicos de orden 3, 9, 15... (triplenes) tienen la misma fase en las tres fases y se suman en el neutro.
• Un alto contenido de corrientes triplenes por cargas no lineales (rectificadores, fuentes conmutadas) puede producir I_N mayor que I_L.
• Regla práctica: calcular RMS total del neutro incluyendo contribuciones armónicas y sumas fasoriales.

Selección de conductores y protección relacionada

El dimensionamiento del conductor considera corriente de diseño, temperatura, corrección por agrupamiento y caída de tensión máxima permitida.

Elementos normativos y tablas típicas

• Normas y guías relevantes:
  • IEC 60364 (Instalaciones eléctricas en edificios): principios de diseño y seguridad. https://www.iec.ch
  • NFPA 70 (NEC) — Código Eléctrico Nacional de EE. UU.: tablas de ampacidades y criterios de protección. https://www.nfpa.org
  • IEC 60287 (Cálculo de la capacidad de corriente de cables): método de cálculo de capacidad de conducción térmica. https://www.iec.ch
  • IEEE Std 141 (Red Book) y IEEE Std 142 (Green Book) para prácticas de puesta a tierra y diseño. https://www.ieee.org
• Tablas de ampacidad deben consultarse según la normativa local; a continuación se muestran valores indicativos

Nota: Los valores anteriores son indicativos. Para selección final, usar tablas normativas locales (IEC, NEC), correcciones por agrupamiento y temperatura ambiente, y considerar caídas de tensión.

Diseño práctico de la calculadora: entradas, salidas y algoritmos

Una calculadora eficaz debe permitir introducir parámetros de tensión, potencia por fase, factor de potencia, tipo de conexión y contenido armónico.

Entradas sugeridas

• Tipo de sistema: 3F+N, 3F (sin neutro), conexión estrella o triángulo.
• Tensión de línea (V_L) y/o tensión de fase (V_Ph).
• Potencia por fase o potencia total (P_total o P_phase).
• Factor de potencia (cos φ) y ángulos de fase si se conoce.
• Contenido armónico (porcentajes o valores RMS por orden armónico).
• Tipo de carga: resistiva, inductiva (motor), electrónica (no lineal).

Salidas clave

• Corriente por fase (I_L y/o I_Ph).
• Corriente estimada en neutro (I_N), con y sin armónicos.
• Potencia aparente (S) y reactiva (Q).
• Recomendación de sección mínima de conductor y protección (fusible/MCB/MCCB) según normativa.
• Caída de tensión estimada por longitud y sección de conductor.

Ejemplos resueltos con desarrollo completo

Ejemplo 1 — Carga trifásica equilibrada: cálculo de la corriente por fase

Datos del problema:

• Potencia activa total P_total = 75 kW
• Sistema: 400 V línea (Europa), trifásico 3F+N, conexión estrella (Y)
• Factor de potencia cos φ = 0.9
• Asumimos cargas equilibradas

Cálculo paso a paso:

1. Usar fórmula para corriente de línea en sistema trifásico equilibrado:
   I_L = P / (√3 × V_L × cos φ)
2. Sustituir valores (convertir P a W): P = 75 kW = 75 000 W
3. Calcular denominador:
   √3 ≈ 1.732; 1.732 × V_L (400 V) × cos φ (0.9) = 1.732 × 400 × 0.9
   1.732 × 400 = 692.8; 692.8 × 0.9 = 623.52
4. Calcular I_L:
   I_L = 75 000 / 623.52 ≈ 120.28 A
5. Interpretación:

   Cada conductor de fase debe soportar ≈ 120.3 A. En conexión estrella equivalente, I_Ph = I_L.

6. Selección de conductor:

   Según tabla indicativa, un conductor de cobre de 25 mm² con ampacidad ≈ 94 A sería insuficiente; 35 mm² con ampacidad ≈ 120 A es justo en límite. Se recomienda considerar 50 mm² para margen térmico y correcciones.

Resultados finales:

• I_por fase ≈ 120.3 A
• Potencia aparente S = P / cos φ = 75 000 / 0.9 ≈ 83 333 VA
• Recomendación de conductor: mínimo 35–50 mm² Cu según correcciones; confirmar con tablas normativas.

Ejemplo 2 — Carga desequilibrada y cálculo de corriente de neutro (fasores)

Datos del problema:

• Sistema: 400 V línea, 3F+N, conexión estrella.
• Cargas monofásicas conectadas fase a neutro:
  • Fase A: carga resistiva de 20 kW, cos φ = 1
  • Fase B: carga inductiva de 15 kW, cos φ = 0.8 (desfase positivo)
  • Fase C: carga con retroalimentación electrónica 10 kW, cos φ = 0.6 (desfase)
• Asumir ángulos: θ_A = 0° (resistiva), θ_B = cos^-1(0.8) ≈ 36.87°, θ_C = cos^-1(0.6) ≈ 53.13°

Objetivo: calcular corrientes de fase y corriente de neutro (fasorialmente).

1. Calcular I en cada fase con I = P_phase / (V_Ph × cos φ). Para conexión estrella, V_Ph = V_L / √3 = 400 / 1.732 ≈ 230.94 V
2. Fase A:
   P_A = 20 000 W; cos φ = 1; V_Ph ≈ 230.94 V
   I_A = 20 000 / (230.94 × 1) ≈ 86.62 A
3. Fase B:
   P_B = 15 000 W; cos φ = 0.8
   I_B = 15 000 / (230.94 × 0.8) = 15 000 / 184.752 ≈ 81.17 A

   Ángulo θ_B ≈ 36.87° (corriente rezagada)

4. Fase C:
   P_C = 10 000 W; cos φ = 0.6
   I_C = 10 000 / (230.94 × 0.6) = 10 000 / 138.564 ≈ 72.17 A

   Ángulo θ_C ≈ 53.13° (corriente más rezagada)

5. Representar fasores en componentes rectangulares (R, jX):
6. Calcular componentes reales e imaginarias:
   I_Ax = I_A × cos θ_A = 86.62 × cos 0° = 86.62 A
   I_Ay = I_A × sin θ_A = 86.62 × 0 = 0 A
   I_Bx = 81.17 × cos 36.87° = 81.17 × 0.8 = 64.94 A
   I_By = -81.17 × sin 36.87° = -81.17 × 0.6 = -48.70 A (negativo por desfase rezagado)
   I_Cx = 72.17 × cos 53.13° = 72.17 × 0.6 = 43.30 A
   I_Cy = -72.17 × sin 53.13° = -72.17 × 0.8 = -57.74 A
7. Suma fasorial (componentes X y Y):
   I_total_x = I_Ax + I_Bx + I_Cx = 86.62 + 64.94 + 43.30 = 194.86 A
   I_total_y = I_Ay + I_By + I_Cy = 0 - 48.70 - 57.74 = -106.44 A
8. Magnitud de la corriente en neutro:
   I_N = √(I_total_x^2 + I_total_y^2) = √(194.86^2 + (-106.44)^2)

   194.86^2 ≈ 37 965; 106.44^2 ≈ 11 327; suma ≈ 49 292

   I_N ≈ √49 292 ≈ 222.03 A

9. Interpretación:

   La corriente en el neutro (≈ 222 A) es significativamente mayor que las corrientes individuales de fase debido al desbalance y desfases.

   El conductor neutro debe dimensionarse para soportar esta corriente RMS y considerar protección y temperatura.

Conclusiones del ejemplo:

• En sistemas desequilibrados con desfase, el neutro puede tener corrientes mayores que cualquier fase individual.
• Es fundamental calcular fasorialmente (componentes reales e imaginarias) y no solo sumar valores RMS.

Consideraciones sobre armónicos y su impacto en la corriente de neutro

Para cargas no lineales se deben considerar armónicos y su contribución al RMS total.

Estimación simplificada de corrientes armónicas en neutro

• Si I_hn representa la corriente de armónico nth en cada fase (magnitud), la contribución al neutro depende del orden:
  • Triplenes (3k): se suman algebraicamente en neutro (fase coincidente).
  • Armónicos no triplenes pueden cancelarse parcialmente.
• RMS total en neutro puede aproximarse:

  I_N,RMS ≈ √(I_N,fundamental^2 + Σ I_h_triplen^2 + Σ (otros armónicos sumados fasorialmente)^2)

Recomendaciones prácticas y comprobaciones finales

• Siempre realizar análisis fasorial para cargas desequilibradas.
• Incluir análisis de armónicos si existen cargas no lineales. Usar medición con analizador de redes.
• Seleccionar conductor neutro con capacidad térmica adecuada considerando posibles corrientes superiores.
• Aplicar factor de seguridad y correcciones por temperatura, agrupamiento y entorno según normativa local.
• Verificar caída de tensión: límite típico ≈ 3–5% para alimentadores principales, según normativa y función del circuito.

Normativas, referencias y enlaces de autoridad

• IEC 60364 — Instalaciones eléctricas de baja tensión: https://www.iec.ch
• IEC 60287 — Cálculo de la capacidad de corriente de cables: https://www.iec.ch
• NFPA 70 (NEC) — Código Eléctrico Nacional: https://www.nfpa.org/NEC
• IEEE — Normas y guías sobre calidad de la potencia y puesta a tierra: https://standards.ieee.org
• CENELEC — Comité Europeo de Normalización Electrotécnica: https://www.cenelec.eu
• Documentación técnica y guías de fabricantes de cables (consultar para ampacidades reales y curvas térmicas).

Lecturas recomendadas

1. Guía de la IEC sobre cálculos de instalaciones (documentos de cartera 60364).
2. NEC Handbook para interpretación de tablas y ejemplos prácticos (NFPA).
3. IEEE Std 519 — Control de armónicos en sistemas de potencia industriales.

Este artículo proporciona fundamentos, fórmulas HTML claras y ejemplos completos para calcular corrientes por fase y neutro en sistemas trifásicos.

Para proyectos reales, siempre verificar con normativa local, realizar mediciones en sitio y consultar ingeniero responsable.