Calculadora de corriente trifásica: kW/kVA, VLL y FP rápida

Esta guía técnica explica cálculo de corriente trifásica con kW, kVA, VLL y factor potencia.

Incluye fórmulas, tablas, ejemplos completos y referencias normativas para aplicación profesional precisa en diseño industrial.

Fundamentos eléctricos y definiciones básicas

Un sistema trifásico balanceado se describe por tensiones línea-línea (V_LL) y corriente de línea (I).

Las potencias activa (P), aparente (S) y reactiva (Q) se relacionan mediante el factor de potencia (cosφ).

Conceptos clave

• V_LL: tensión entre dos fases (por ejemplo 400 V, 480 V, 600 V según región).
• I: corriente de línea, la cantidad que debe conducir cada conductor de fase.
• P (kW): potencia activa entregada a la carga (trabajo útil por unidad de tiempo).
• S (kVA): potencia aparente, combinación vectorial de P y Q.
• Q (kVAr): potencia reactiva, asociada a elementos inductivos o capacitivos.
• cosφ: factor de potencia (entre 0 y 1), positivo para cargas inductivas con desfase.
• √3 (raíz de tres): factor geométrico en sistemas trifásicos balanceados.

Fórmulas esenciales para cálculo rápido

Las fórmulas siguientes son válidas para sistemas trifásicos equilibrados con tensiones V_LL en voltios y corrientes en amperios.

Potencia aparente:
S (kVA) = (√3 × V_LL × I) / 1000

Potencia activa:
P (kW) = (√3 × V_LL × I × cosφ) / 1000

Corriente a partir de P:
I (A) = (P × 1000) / (√3 × V_LL × cosφ)

Corriente a partir de S:
I (A) = (S × 1000) / (√3 × V_LL)

Relación entre kW y kVA:
S (kVA) = P (kW) / cosφ — P (kW) = S (kVA) × cosφ

Explicación de variables y valores típicos

• V_LL: valores comunes: 400 V (Europa industrial), 415 V (antiguo europeo), 480 V (Norteamérica industria), 600 V (ciertas aplicaciones industriales), 690 V (industria pesada).
• cosφ: cargas resistivas ≈ 1.0; motores eléctricos típicos 0.75–0.95 según carga; transformadores 0.8–0.95; electrónica de potencia con corrección activa ≈ 0.95–0.99.
• I: dimensionamiento de conductores y protecciones debe considerar corrientes continuas, corrientes de arranque y factores de corrección por temperatura y agrupamiento.
• Unidades: emplear V en voltios, I en amperios, kW y kVA en kilovatios y kilovoltamperios.

Tablas de referencia: corrientes para potencias habituales

Tablas con valores comunes permiten estimar rápidamente corrientes en función de potencia, tensión y factor de potencia.

Consideraciones prácticas y variables de diseño

El cálculo de corriente no es suficiente para dimensionamiento final de instalaciones; hay factores adicionales.

Factores de ajuste habituales

1. Factor de agrupamiento de cables (según cantidad de conductores en bandeja y temperatura ambiente).
2. Capacidad de interrupción de protecciones: elegir interruptores con Icu e Ics adecuados.
3. Corriente de arranque de motores (hasta 6–8× corriente nominal) y protección selectiva.
4. Corrección del factor de potencia: bancos de condensadores para reducir kVA y pérdidas.
5. Harmónicos: fuentes no lineales (variadores, rectificadores) aumentan temperatura y corriente de neutro.

Medidas instrumentales y verificación

• Medidores de energía trifásicos y analizadores de redes para medir P, S, Q y cosφ reales en carga.
• Registro de curvas de arranque para dimensionamiento de protecciones y transformadores.
• Pruebas de desequilibrio de fase: verificar que la diferencia entre fases sea inferior al 5% para cargas balanceadas.

Ejemplo práctico 1: Motor asíncrono 55 kW a 400 V

Se resuelve paso a paso cálculo de corriente, kVA requerido y selección preliminar de protección.

Datos:

• P = 55 kW (potencia mecánica requerida en eje)
• V_LL = 400 V
• cosφ = 0.86 (valor típico a carga nominal)
• rendimiento η = 0.94 (94%) — si la potencia P se refiere al eje, la entrada eléctrica será mayor.

Cálculo de potencia eléctrica de entrada (P_in) si P dado es potencia útil mecánica:

Cálculo de corriente nominal:

I (A) = (P_in × 1000) / (√3 × V_LL × cosφ)
I = (58.51 × 1000) / (1.732 × 400 × 0.86) = (58,510) / (596.45) = 98.14 A

Cálculo de S (kVA):

Selección preliminar:

• Corriente nominal calculada ≈ 98 A → elegir conductor y protección para al menos este valor más margen (por ejemplo cable 120 A según normas locales y protecciones térmicas).
• Interruptor de motor con capacidad de disparo térmico para 98 A y capacidad de ruptura adecuada.
• Transformador de alimentación: considerar carga continua y corrientes de arranque, por ejemplo un transformador 100 kVA podría ser suficiente, pero verificar caída de tensión y pérdidas.

Nota: Para arranques directos, corriente de arranque puede ser 6–8×I_nom → 588–785 A. Debe verificarse impacto en fuente y transformador.

Ejemplo práctico 2: Cálculo de corriente para planta con cargas mixtas

Escenario: instalación con varios equipos conectados a 480 V trifásico.

Datos de cargas:

• Compresor 75 kW, cosφ 0.88, rendimiento 0.95
• Horno eléctrico 30 kW, cosφ 1.0 (resistivo)
• Bomba 15 kW, cosφ 0.87, rendimiento 0.92
• Variadores + carga electrónica 10 kW, factor aparente S estimado 12 kVA (debido a distorsión armónica)
• V_LL = 480 V

1) Convertir potencias mecánicas a potencia eléctrica de entrada cuando sea necesario:

• Compresor P_in = 75 / 0.95 = 78.95 kW
• Horno P_in = 30 kW (resistivo)
• Bomba P_in = 15 / 0.92 = 16.30 kW
• Variadores: considerar S_variadores = 12 kVA → corresponde a P_equivalente ≈ 10 kW con distorsión

2) Sumar potencias activas totales (kW):

3) Estimar componente aparente total (kVA). Es más correcto sumar vectores (S = P + jQ), pero como aproximación por cargas conocidas:

• Compresor S_comp = P_in / cosφ = 78.95 / 0.88 = 89.72 kVA
• Horno S_horno = 30 / 1.0 = 30.00 kVA
• Bomba S_bomba = 16.30 / 0.87 = 18.74 kVA
• Variadores S_var = 12.00 kVA (estimado)

4) Corriente total en 480 V:

I_total = (S_total × 1000) / (√3 × V_LL)
I_total = (150.46 × 1000) / (1.732 × 480) = 150,460 / 831.36 = 180.99 A

5) Verificación por P_total y factor de potencia medio (pf_medio):

Consideraciones de diseño:

• Seleccionar conductor y protección para >181 A, considerar factor de agrupamiento y temperatura (podría requerir conductor 225 A o mayor).
• Evaluar necesidad de corrección del factor de potencia si se desea reducir corriente aparente y penalizaciones energéticas.
• Analizar armónicos generados por variadores; puede ser necesario filtro o transformador de aislamiento.

Ejercicios de verificación rápida y consejos de cálculo

• Siempre comprobar si la potencia P indicada es mecánica (eje) o eléctrica (entrada). Si es mecánica, dividir por η para obtener P_in eléctrica.
• Para cargas no balanceadas, calcular la corriente por fase individualmente y verificar corrientes de neutro para conexiones estrella con conductor neutro.
• Para motores, considerar métodos de arranque (directo, estrella-triángulo, arrancador suave) para reducir impacto de corriente de arranque.
• Al sumar cargas, preferir suma vectorial de S (o P y Q separados) para mayor precisión si se conocen cosφ individuales.

Normativa, estándares y fuentes de referencia

Para aplicar criterios de diseño y verificación se deben consultar normas internacionales y guías técnicas.

• IEC 60038 — Standard voltages (definiciones de tensiones nominales). Disponible en: https://www.iec.ch
• IEC 60909 — Short-circuit currents in three-phase AC systems (importante para coordinación de protecciones): https://www.iec.ch
• IEEE 141 (Green Book) — Grounding and power system analysis (guías prácticas de ingeniería): https://standards.ieee.org
• NFPA 70 (NEC) — National Electrical Code (para diseño de instalaciones en EE. UU.): https://www.nfpa.org
• IEC 60364 — Electrical installations of buildings (reglas para diseño y protección): https://www.iec.ch
• Publicaciones técnicas de fabricantes de transformadores, motores y variadores — consultar hojas de datos para valores de cosφ, curvas de arranque y corrientes de inrush.

Impacto de armónicos y medidas correctoras

Los armónicos incrementan pérdidas y corriente de neutro; su tratamiento es esencial en instalaciones industriales con electrónica de potencia.

Medidas de mitigación

• Filtros pasivos o activos para reducir armónicos y mejorar el factor de potencia.
• Transformadores con reactancia adecuada o de bloqueo para disminuir corrientes de distorsión hacia la red.
• Diseño de neutro sobredimensionado si hay cargas con corrientes de tercer armónico significativas.

Resumen de pasos para uso de la calculadora rápida

1. Determinar si la potencia es P (kW) o S (kVA) y si P es mecánica o eléctrica.
2. Elevar P mecánica a P_in si es necesario (dividir por η).
3. Seleccionar V_LL correcta según la red.
4. Determinar cosφ o estimar según tipo de carga.
5. Aplicar fórmula I = (P×1000)/(√3×V_LL×cosφ) o I = (S×1000)/(√3×V_LL).
6. Aplicar factores de corrección para cableado, temperatura y agrupamiento.
7. Considerar arranques y armónicos para protecciones y dimensionamiento final.

Lecturas y recursos adicionales

• Manuales técnicos de fabricantes de motores (p. ej., Siemens, ABB) para curvas de eficiencia y factor de potencia.
• Guías de la IEC y IEEE listadas anteriormente para cálculos de cortocircuito y selección de interruptores.
• Software profesional y analizadores de potencia para validar en campo: Fluke, Chauvin Arnoux, Megger.

Recomendaciones finales para diseño seguro y eficiente

• Verificar siempre con mediciones reales en puesta en marcha y ajustar protecciones si las condiciones difieren.
• Documentar supuestos (cosφ, η, temperaturas) en cálculos para trazabilidad y revisión futura.
• Coordinar con el proveedor de energía o ingeniero de planta para límites de cortocircuito y factor de potencia contractual.

Este artículo proporciona fórmulas, tablas y ejemplos aplicables en proyectos industriales y comerciales. Su aplicación práctica debe complementarse con normativa local y cálculos detallados de coordinación eléctrica.