La energía eléctrica pasa por diversos tipos de tensión para poder ser transportada de forma eficiente y segura hasta donde sea necesaria. Durante este proceso, es posible que exista alguna variación o pérdida de voltaje. Cuando es muy pequeña, pasa desapercibida y no implica riesgos mayores. Sin embargo, si la caída de voltaje es alta, puede conllevar consecuencias en el funcionamiento de los dispositivos conectados a la corriente.
Saber calcular la caída de voltaje es de suma importancia para garantizar un mejor funcionamiento de los circuitos eléctricos. En el siguiente artículo se explicarán algunos de los aspectos más relevantes de este tema, desde qué es hasta cómo evitar la caída de voltaje.
¿Qué es la caída de voltaje?
Se puede definir como la diferencia de potencia eléctrica que existe entre cada extremo de un conductor. En otras palabras, hace referencia a la pérdida de energía que ocurre cuando la electricidad es transportada.
Esto se debe a la resistividad eléctrica, una propiedad de los materiales que se define como la capacidad para soportar el flujo de electricidad. La mayoría de los materiales que transportan electricidad tienen un buen nivel de resistividad, aunque existen factores que pueden afectarlos y causar una caída de voltaje.
El cálculo de la caída de voltaje es importante principalmente en sistemas donde se requiere de una gran tensión. Por ejemplo, al transportar energía a grandes distancias, sistemas eléctricos sensibles a la tensión, dispositivos médicos o de seguridad o sistemas de alimentación de energía.
Algunos efectos de la caída de voltaje pueden ser los siguientes:
- Reducción del rendimiento. Cuando los equipos no reciben la cantidad de voltaje adecuado, pueden dejar de funcionar o presentar intermitencias durante su uso.
- Pérdida de potencia. Una reducción en el voltaje provoca una menor disponibilidad de energía eléctrica para conectar cualquier dispositivo.
- Sobrecalentamiento. Una caída de voltaje ocasiona que los equipos trabajen de más para poder compensar la falta de energía, provocando así un calentamiento excesivo.
- Interrupciones en la operación. Existen equipos que son muy sensibles a los cambios de voltaje, por lo que pueden reiniciarse o apagarse por completo. En la industria, esto genera pérdidas económicas importantes.
¿Cómo calcular la caída de voltaje?
El físico George Ohm fue quien en 1827 demostró de forma experimental la relación que existe entre voltaje y corriente. Lo anterior dio origen a la Ley de Ohm, ampliamente utilizada en todos los cálculos eléctricos. Esta afirma que la intensidad de corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia.
La caída de voltaje se puede calcular a través de la siguiente fórmula: V=I × R. Como la resistencia del conductor es directamente proporcional con la distancia, se puede calcular la caída de voltaje en el conductor, por lo tanto el voltaje final que llega a la carga sería el voltaje de la fuente menos la caída del conductor. Es importante mencionar que, en función del tipo de circuito, puede haber algunas variaciones en este cálculo:
- Circuito en serie. La corriente se mantiene constante y el voltaje varía respecto a la resistencia del circuito.
- Circuito en paralelo. Para estos circuitos, el voltaje permanece constante, mientras que la corriente es la que cambia de acuerdo a las resistencias.
- Circuito de corriente alterna. En este tipo influye la corriente de carga, el factor de potencia y la impedancia eléctrica del conductor. La fórmula varía de la siguiente forma: V = I × Z, donde Z es el valor de la impedancia.
Por lo general, un 2 % de variación es aceptable en cualquier instalación eléctrica. Sin embargo, si este porcentaje aumenta, será necesario incrementar el calibre del conductor para bajar la caída de voltaje.
Causas de la caída de voltaje
Como ya se ha indicado, la caída de tensión se debe principalmente a la resistividad del material conductor. No obstante, existen varios factores que pueden generar dichas caídas.
Situaciones externas
Las caídas de voltaje pueden deberse a situaciones relacionadas con factores externos a la instalación eléctrica. A continuación, se enumeran algunos:
- Sobrecarga de los componentes. Ocurre debido a un exceso de corriente que circula a través de los conductores. Si un circuito fue calculado para operar a 100A y la corriente es por ejemplo de 150A, la caída de voltaje en el conductor es mayor y se produce una caída de voltaje en la carga que puede ser superior al 2% máximo del diseño.
- Interrupciones en la red. Se pueden generar por cortocircuitos que suceden en la red eléctrica, descargas eléctricas, conexión y desconexión de interruptores de potencia, etc. Cuando esto ocurre, algunos sistemas tienen la capacidad de modificar el suministro de electricidad o apagarlo para evitar daños.
- Accidentes o conexiones deficientes. Existen situaciones en las cuales las instalaciones eléctricas pueden verse comprometidas debido a accidentes o a una mala instalación.
Tipo de material
El material empleado en las instalaciones eléctricas es un factor decisivo en la caída de voltaje, por lo que es de suma importancia conocer todas y cada una de las características del cableado en el momento de elegirlo. Algunos puntos a tomar en cuenta son los siguientes:
- Material utilizado. La resistividad del material influye de forma directa en la caída de tensión. Algunos conductores como el hierro provocan mayor caída, mientras que el cobre suele ser un mejor conductor.
- Tamaño del cable. Los cables cuyo diámetro es mayor tienen menos resistencia por lo tanto la caída de tensión es menor a la de los cables de menor sección. En el caso del indicador métrico, el número es 10 veces mayor al diámetro. Por ejemplo, un cable con 5 mm de diámetro es de calibre 50.
- Longitud del cable. Para los cables que tengan el mismo calibre, aquellos que son más cortos presentan menos caída de voltaje que los más largos. Para la instalación eléctrica de una casa, la distancia no representa un gran problema. Sin embargo, cuando se trata de circuitos para empresas, es importante elegir el calibre adecuado para la longitud que se requiere.
- Cantidad de corriente. La cantidad de electricidad transportada es la que afecta los valores de caída de voltaje. En este punto interviene la ampacidad de un cable, que es la máxima cantidad de corriente que soporta en condiciones normales. Al mismo tiempo, la ampacidad se ve afectada por factores como el tipo de aislamiento o la temperatura.
¿Cómo evitar la caída de tensión?
Tener una pérdida de tensión durante el uso de la energía eléctrica es normal, aunque lo ideal es que esta se mantenga en un nivel bajo. Para asegurar que se tienen los niveles necesarios, se pueden seguir algunas recomendaciones:
- Reducción de distancia. Minimizar en la medida de lo posible la distancia que existe entre los circuitos eléctricos permite el uso de un cableado más corto.
- Cableado más grueso. Realizar un análisis del tipo de cableado necesario para la instalación eléctrica en cuestión ayudará a elegir el adecuado.
- Aumento de voltaje. Una forma de reducir las pérdidas de tensión es incrementar el voltaje de entrada a los circuitos. Esta opción puede usarse cuando la distancia del cableado eléctrico sea grande.
- Calidad de las conexiones. Es fundamental asegurarse de que toda la instalación se encuentra en buen estado y es la adecuada para soportar el voltaje.
- Mantenimiento regular. Relacionado con el punto anterior, programar mantenimientos constantes ayuda a minimizar la caída de voltaje.
¿Cuáles son las ventajas de calcular la caída de voltaje adecuada?
La seguridad y eficiencia de los circuitos eléctricos depende de los cálculos que se hagan antes de la instalación. Cuando se trata de trabajar con electricidad, es importante que todos los elementos funcionen de la forma adecuada.
Algunas ventajas de calcular la caída de tensión son:
- Permite un correcto diseño y planificación de las instalaciones eléctricas.
- Ayuda a mejorar la eficiencia de los sistemas gracias a la reducción de las pérdidas de energía.
- Garantiza que el suministro de la electricidad es constante y seguro.
- Utilizar el material adecuado ayuda a reducir costos en mantenimiento y reemplazo de elementos.
- Mejora el rendimiento de los sistemas eléctricos.
- Asegura que las instalaciones eléctricas estén cumpliendo con la normatividad que las regula.
- Permite encontrar y analizar los fallos en los sistemas de una forma más rápida.
- Minimiza las interrupciones de energía y ayuda en la mejora del funcionamiento de los equipos conectados.
- Al contar con toda la información sobre el diseño e instalación del sistema eléctrico, es posible tomar las decisiones más adecuadas.
En general, conocer los valores de caída de voltaje incrementa la utilidad de los sistemas eléctricos, ya que garantiza tanto su eficiencia como su seguridad. No hacerlo de la forma adecuada puede resultar contraproducente.
En el hogar, una excesiva caída de voltaje puede traducirse en un mal funcionamiento de los electrodomésticos e incluso en el deterioro de estos. A nivel industrial, conlleva pérdidas económicas debido a paros o sobrecalentamiento de maquinaria y mermas en la producción.
A su vez, existen otros sectores en los cuales una caída de tensión puede poner en peligro la integridad física de las personas. Un ejemplo sería la afectación a sistemas de comunicación y seguridad en industrias como la salud y el transporte.
La caída de voltaje es un punto muy importante dentro de la instalación de sistemas eléctricos, pues su cálculo ayuda a mantener el funcionamiento adecuado de todos los circuitos que se utilizan.
