La caída de tensión trifásica es fundamental en diseño eléctrico industrial, comercial y de media tensión.
Un cálculo incorrecto puede causar fallos, pérdidas energéticas y violar normativas como IEC, NEMA y RETIE.
Caída de Tensión Trifásico
Tablas prácticas con valores comunes para el cálculo de caída de tensión trifásico
A continuación, se presentan tablas extensas con los valores más comunes utilizados en el cálculo de caída de tensión trifásico. Estas tablas permiten seleccionar rápidamente datos típicos de conductores, resistividades, longitudes y corriente para estimaciones preliminares o validaciones rápidas.
Tabla 1: Resistividad y resistencia de conductores de cobre y aluminio a 20 °C
| Sección nominal (mm²) | Material | Resistencia (Ω/km) | Reactancia (Ω/km) aproximada | Capacidad de corriente típica (A) |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | Cobre | 12.10 | 0.08 | 18 |
| 2.5 | Cobre | 7.41 | 0.08 | 24 |
| 4 | Cobre | 4.61 | 0.08 | 32 |
| 6 | Cobre | 3.08 | 0.08 | 40 |
| 10 | Cobre | 1.83 | 0.07 | 55 |
| 16 | Cobre | 1.15 | 0.07 | 75 |
| 25 | Cobre | 0.727 | 0.06 | 100 |
| 35 | Cobre | 0.524 | 0.06 | 125 |
| 50 | Cobre | 0.387 | 0.06 | 150 |
| 70 | Cobre | 0.268 | 0.05 | 200 |
| 95 | Cobre | 0.193 | 0.05 | 240 |
| 120 | Cobre | 0.153 | 0.05 | 280 |
| 150 | Cobre | 0.124 | 0.04 | 320 |
| 185 | Cobre | 0.0991 | 0.04 | 360 |
| 240 | Cobre | 0.0754 | 0.04 | 415 |
Nota: Para aluminio, la resistencia es aproximadamente un 60% mayor.
Tabla 2: Caída de tensión por 100 metros en sistemas trifásicos (400 V), carga a factor de potencia 0.9
| Sección (mm²) | Caída de tensión (V) cobre | Caída de tensión (%) cobre |
|---|---|---|
| 2.5 | 5.1 | 1.27 |
| 4 | 3.2 | 0.80 |
| 6 | 2.1 | 0.53 |
| 10 | 1.3 | 0.32 |
| 16 | 0.82 | 0.21 |
| 25 | 0.53 | 0.13 |
| 35 | 0.40 | 0.10 |
| 50 | 0.28 | 0.07 |
Basado en instalación enterrada, conductores en cobre, temperatura ambiente 30 °C, cos(φ) = 0.9
Fórmulas para el cálculo de caída de tensión en sistemas trifásicos
La caída de tensión trifásica depende de diversos factores como la resistencia del conductor, la corriente, la longitud del cable y el tipo de carga. Existen varias fórmulas adaptadas al tipo de instalación:
1. Fórmula general en sistemas trifásicos (simétrico)
Donde:
2. Porcentaje de caída de tensión
Ejemplo: Si la caída calculada es 10 V y el sistema es de 400 V, entonces:
Límite recomendado según IEC 60364 y RETIE: 3% para alumbrado y 5% para motores.
3. Longitud máxima permitida para una caída de tensión dada
Valores típicos de variables
Casos de aplicación real del cálculo de caída de tensión trifásico
Caso 1: Alimentación de motor de 25 HP a 100 metros
Datos del problema:
- Motor trifásico 25 HP, 400 V, 50 Hz, cosϕ=0.88, rendimiento ≈ 90%
- Distancia entre tablero y motor: 100 m
- Cable en cobre, enterrado, sección 25 mm²
- Temperatura ambiente 30 °C
Paso 1: Calcular corriente del motor
Paso 2: Obtener R y X del conductor 25 mm²
Paso 3: Aplicar fórmula de caída de tensión
Resultado: Muy por debajo del límite de 5%. Conductor adecuado.
Caso 2: Subalimentación para iluminación de 10 kW a 200 m
Datos del problema:
- Carga: iluminación trifásica balanceada
- Potencia: 10 kW, cosϕ=1
- Tensión: 400 V
- Longitud: 200 m
- Cable de cobre 10 mm²
Paso 1: Corriente
Paso 2:
Paso 3:
Cumple el límite del 3% para iluminación. Aunque cercano, el diseño es aceptable.
Consideraciones normativas internacionales sobre caída de tensión trifásico
La caída de tensión debe respetar los límites impuestos por normativas técnicas locales e internacionales para garantizar el correcto funcionamiento de equipos y la eficiencia del sistema. A continuación, se resumen las recomendaciones más relevantes:
Normas aplicables:
| Norma | Límite recomendado | Aplicación |
|---|---|---|
| IEC 60364-5-52 | 3% (iluminación), 5% (fuerza) | Instalaciones eléctricas en edificios |
| IEEE Std 141 (Red Book) | 5% total (alimentación y derivación) | Diseño de sistemas de distribución eléctrica |
| RETIE (Colombia) | Máximo 5% total | Reglamentación para instalaciones eléctricas |
| NEMA MG-1 | No más de 5% durante arranque | Motores eléctricos |
| NEC (NFPA 70) | 3% por circuito, 5% total | Criterio recomendado para EE.UU. |
Fuente oficial IEC: IEC 60364-5-52:2009
IEEE Red Book: IEEE Std 141™-1993
Selección del conductor en función de la caída de tensión
El dimensionamiento del conductor no solo depende de la corriente máxima admisible, sino también del cumplimiento del límite de caída de tensión. A menudo se sobredimensiona la sección para garantizar este cumplimiento, especialmente en largas distancias.
Procedimiento de selección óptima del conductor
- Determinar corriente total por carga y características.
- Establecer longitud total del circuito (ida y vuelta en monofásico, ida en trifásico).
- Determinar límite de caída permitido según tipo de carga (3%, 5%).
- Evaluar diferentes secciones con fórmula completa de caída.
- Verificar térmicamente la sección según tablas de capacidad de corriente.
- Seleccionar sección más pequeña que cumpla ambas condiciones (térmica y caída).
Tabla práctica de distancias máximas permitidas por sección y carga (400 V, 50 Hz, cos(φ) = 0.9, cobre)
Para caída de tensión del 3%
| Sección (mm²) | Corriente (A) | Longitud máx (m) |
|---|---|---|
| 2.5 | 16 | 27 |
| 4 | 25 | 37 |
| 6 | 32 | 50 |
| 10 | 45 | 67 |
| 16 | 63 | 90 |
| 25 | 85 | 120 |
| 35 | 110 | 140 |
| 50 | 140 | 180 |
| 70 | 175 | 220 |
| 95 | 210 | 260 |
| 120 | 240 | 300 |
Considera factor simultaneidad = 1. Longitudes calculadas para fase-fase en trifásico 400 V.
Técnicas para mitigar la caída de tensión excesiva
Cuando la caída de tensión supera los límites establecidos, se deben aplicar medidas correctivas. A continuación, algunas de las más comunes en la ingeniería eléctrica:
- Aumentar sección del conductor: Método más directo y efectivo.
- Mejorar el factor de potencia: Disminuye componente reactiva de la caída.
- Uso de conductores en paralelo: Reduce resistencia equivalente.
- Distribuir carga entre fases: Balanceo de fases minimiza sobrecarga.
- Reubicar cargas o tableros: Reducción de distancia física.
- Transformadores intermedios: Útil en grandes extensiones.
- Incrementar tensión nominal del sistema: Ejemplo: migrar de 208 V a 480 V.
Errores comunes en el cálculo de caída de tensión trifásico
- Usar la fórmula monofásica para sistemas trifásicos.
- No considerar el factor de potencia en cargas industriales.
- Calcular caída para un solo conductor (sin considerar circuito completo).
- Ignorar la reactancia en sistemas de media tensión o largos cables.
- No aplicar coeficientes de corrección por temperatura o agrupamiento.
Herramientas digitales recomendadas
- ETAP – Software de análisis y diseño de sistemas eléctricos industriales.
https://etap.com - Calculators de Schneider Electric – Cálculo online de cables y caída de tensión.
https://www.se.com/co/es/work/support/resources-and-tools/calculators.jsp - ABB Electrical Tools – Aplicación para ingenieros eléctricos con funciones de caída de tensión.
https://global.abb
Consideraciones finales para el diseño de sistemas trifásicos
- Se recomienda siempre validar la caída de tensión tanto en condiciones normales como de arranque.
- Para cargas críticas (bombas, ventiladores, motores HVAC), un estudio de calidad de energía puede justificar secciones superiores.
- Los materiales de los conductores deben seleccionarse según conductividad, costo y entorno ambiental.
- La caída de tensión no sustituye la verificación térmica según tablas de capacidad de corriente del fabricante o normativa IEC 60364-5-52.