¿Qué es la caída de tensión? - Descubre su importancia en los sistemas eléctricos
La caída de tensión o voltaje es la parte de la energía que se pierde debido a la resistencia que ofrecen los materiales al paso de la corriente eléctrica. En otras palabras, es la disminución del voltaje que se produce a lo largo del conductor debido a la resistencia eléctrica del mismo. En este artículo vamos a explicar con más detalle qué es la caída de tensión eléctrica, qué efectos tiene en los sistemas eléctricos, cómo se puede calcular y cómo se puede evitar o mitigar.
Causas y factores de la caída de tensión
La caída de tensión depende de varios factores, como la longitud del conductor, la resistencia del material, la carga o intensidad de corriente que circula por el circuito, y el tipo de tensión (alterna o continua).
Efectos de la longitud del cable
La longitud del cable es uno de los factores que influye en la caída de tensión. A mayor distancia entre la fuente y el punto de consumo, mayor será la resistencia eléctrica del conductor y de la pérdida de energía. Por lo tanto, utilizar cables cortos y con el calibre adecuado para cada aplicación evitará una caída de tensión.
La resistencia
La resistencia es la propiedad de los materiales que se opone al paso de la corriente eléctrica. Este valor se mide en ohmios (Ω) y depende del tipo y la sección del conductor, así como de la temperatura ambiente. El uso de conductores con baja resistividad, como el cobre o el aluminio, son adecuados para soportar la corriente que circula por la sección del conductor.
La carga en la caída de tensión
La carga de corriente en la caída de tensión es el flujo de electrones que circula por un conductor. Esta se mide en amperios (A) y representa la cantidad de electricidad que se consume en un punto del circuito. La caída de tensión será proporcional a la carga de corriente, por ello es vital dimensionar correctamente los conductores y los equipos eléctricos. Esto con el fin de evitar sobrecargas o cortocircuitos que puedan generar caídas excesivas de tensión.
¿Qué es la caída de tensión eléctrica?
La caída de tensión eléctrica es la diferencia entre la tensión nominal y la tensión real en un circuito eléctrico.
Diferencia entre la tensión nominal y la tensión real en un circuito eléctrico
- La tensión nominal es el valor teórico o ideal que debería tener el voltaje en un punto del circuito.
- La tensión real es el valor medido o efectivo que tiene el voltaje en ese mismo punto. La diferencia entre ambos valores es la caída de tensión.
Consecuencias de la caída de tensión
Cuando se produce una caída de tensión puede haber varias consecuencias negativas para los sistemas eléctricos y los equipos conectados a ellos. Algunas son:
Impacto de la caída de tensión en el rendimiento de los equipos eléctricos
La caída de tensión puede afectar el rendimiento de los equipos eléctricos, ya que bajan los voltajes y aumenta el calentamiento en los conductores debido al incremento en la intensidad de corriente.
En consecuencia, se pueden generar problemas relacionados con la calidad de la onda en tensión, armónicos eléctricos o perturbaciones en la frecuencia real. Así como una reducción en el rendimiento de los equipos eléctricos en general.
Riesgos asociados a la caída de tensión
Este evento también puede generar riesgos para la seguridad de las personas y los equipos eléctricos. Algunos de estos riesgos son:
- Sobrecalentamiento de los conductores: provoca un aumento de la corriente que circula por los conductores, lo que genera calor por el efecto Joule. Este calor puede dañar el aislamiento de los cables y provocar incendios o electrocuciones.
- Daños en los equipos sensibles: puede causar daños en los equipos eléctricos que requieren una tensión constante y precisa para funcionar correctamente. Aquí podemos nombrar los ordenadores, las impresoras, los televisores o los electrodomésticos. Estos equipos pueden sufrir fallos, pérdida de datos o averías irreparables.
- Paradas o arranques inesperados: de los equipos eléctricos que tienen motores, como las bombas, los ventiladores, los compresores o las máquinas industriales. Estos cambios bruscos pueden generar golpes de ariete, vibraciones, desgastes o roturas.
Métodos de mitigación de la caída de tensión
Para evitar o reducir la caída de tensión en los sistemas eléctricos se pueden aplicar algunos métodos de mitigación, tales como:
- Usar conductores adecuados: se debe elegir el tipo, el material y el calibre de los conductores según la corriente que van a soportar y la distancia que van a recorrer. También hay que evitar los conductores demasiado largos o delgados que generen mucha resistencia y caída de tensión.
- Distribuir equilibradamente las cargas: distribuir equilibradamente las cargas eléctricas entre las fases y los circuitos del sistema eléctrico. También hay que evitar concentrar muchas cargas en un mismo punto o circuito que generen mucha corriente y caída de tensión.
- Usar compensadores o reguladores de tensión: es necesario usar dispositivos que compensen o regulen la tensión en los puntos críticos del sistema eléctrico. Estos dispositivos pueden ser transformadores, condensadores, estabilizadores o variadores de frecuencia que ajusten el voltaje según la demanda.
Normativas y estándares relacionados con la caída de tensión
La caída de tensión está regulada por normativas y estándares nacionales e internacionales que establecen los límites máximos permitidos para garantizar la calidad y la seguridad del suministro eléctrico. Algunas de éstas son:
Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) RD 842/2002:
Este reglamento establece las condiciones técnicas y garantías que deben cumplir las instalaciones eléctricas en España. En su instrucción técnica complementaria ITC-BT-25 establece que la caída máxima de tensión en un circuito derivado no debe exceder el 3% para alumbrado ni el 5% para otros usos.
- IEC 60038: voltajes estándar IEC.
- IEC 60364-1: Instalaciones eléctricas de baja tensión – Principios fundamentales, evaluación de características generales, definiciones.
- IEC 60364-4-41: Instalaciones eléctricas de baja tensión – Protección de seguridad – Protección contra descargas eléctricas.
- IEC 60364-4-42: Instalaciones eléctricas de baja tensión – Protección de seguridad – Protección contra efectos térmicos.
¿Se puede calcular la caída de tensión?
Es posible calcular la caída de tensión mediante fórmulas y métodos matemáticos que relacionan las variables que intervienen en el fenómeno, como la resistencia, la corriente, la longitud y el tipo de tensión. Algunas de estas son:
Fórmulas y métodos para determinar la caída de tensión en un circuito eléctrico
Fórmula general para calcular la caída de tensión en un conductor es: V = I x R
Donde: V = caída de tensión en voltios (V), I = corriente en amperios (A), R = resistencia en ohmios (Ω).
La resistencia se puede calcular a partir de la resistividad, la longitud y la sección del conductor mediante la fórmula: R = ρ x L / S
Donde: R = resistencia en ohmios (Ω), ρ = resistividad en ohmios por metro (Ω/m), L = longitud en metros (m), S = sección en metros cuadrados (m^2).
Método del factor K: es una simplificación de la fórmula general que usa un factor multiplicativo que depende del tipo de tensión, el material y el calibre del conductor. La fórmula es: V = I x L x K
Donde: V = caída de tensión en voltios (V), I = corriente en amperios (A), L = longitud en pies (ft), K = factor K en ohmios por mil pies circulares (Ω/kcmil ft).
Herramientas y software disponibles para el cálculo de la caída de tensión
Además de las fórmulas y los métodos matemáticos, existen herramientas y software que facilitan el cálculo de la caída de tensión en los sistemas eléctricos. Algunas son:
- Calculadoras online: permiten introducir los datos del circuito y obtener la caída de tensión resultante. Esta es una de las más utilizadas: Electricaplicada.
- Programas informáticos: algunos programas permiten obtener la caída de tensión y otros parámetros de interés. Entre estos programas informáticos están: AutoCAD Electrical, ETAP y Ecodial.