Determinación de la sección de conductores para instalaciones eléctricas. Parte 2: Caída de tensión

En un artículo anterior te expliqué cómo aplicar el criterio de la corriente máxima admisibe (I_Z) para elegir correctamente los cables o conductores de una instalación eléctrica. En esta segunda parte te cuento que es la caída de tensión y porqué es importante tenerla en cuenta.

Introducción

Como ya vimos en la primera parte de estos artículos, al momento de elegir la sección de los cables y conductores a emplear en una instalación eléctrica, nuestra elección debe tener en cuenta tres criterios:

• Corriente máxima admisible
• Caída de tensión
• Corriente de cortocircuito

Ya analizamos extensamente el primero, así que ahora debemos estudiar en que nos afecta el fenómeno de la caída de tensión.

Caída de tensión

Antes de continuar, definamos o recordemos de que hablamos cuando hablamos de “caída de tensión”.

Para explicarlo, mira el circuito de la imagen de mas abajo. Está formado por una batería de 9 Voltios que alimenta a tres lámparas que tienen cada una una resistencia interna de 10 ohms.

Como se puede apreciar, el voltaje en el punto superior es 9 Voltios (el mismo de la batería), en el segundo punto es de 6 Voltios y en la última lámpara es de sólo 3 Voltios.

Esto significa que en las lámparas el voltaje va disminuyendo de 9V a 3V porque hay una “caída de tensión” de 3V en cada una de ellas.

La caída de tensión en cada lámpara es fácil de calcular empleando la ley de Ohm.

Primero debes determinar la corriente que circula por el circuito. Si cada lámpara tiene una resistencia de 10 ohms, la corriente será de:

I = \frac{9 V}{10 \Omega+10 \Omega+10 \Omega)} \\I=\frac{9 V}{30 \Omega} = 0,3 A

Y siguiendo con la ley de Ohm, la tensión en cada resistencia:

V = I\cdot{R} = 0,3 A \cdot{10\Omega} = 3 V

Que es el mismo valor que se mide con el multímetro en la imagen animada.

Resistencia de cables y conductores

Ahora, ¿que tiene que ver lo anterior con el cálculo de la sección de los cables y conductores?

Puede que pienses: Evidentemente se produce una caída de tensión en las resistencias de un circuito serie, pero esto no afecta a los cables que unen esas resistencias con la batería.

Bueno, en realidad si, los cables también se ven afectados porque los cables también tienen resistencia.

Los cables están formados por Cobre (o Aluminio en algunas aplicaciones) y estos son buenos conductores de la electricidad, pero no son perfectos. Los cables tienen una resistencia que si bien es baja, no es cero.

Los cables son buenos conductores pero no perfectos, así que también tienen resistencia

La resistencia de los cables depende de tres factores: del material del que estén hechos (por ejemplo el Cobre es mejor conductor que el Aluminio), de su longitud y de su sección.

La resistencia de un cable aumenta con la longitud (es decir, es mayor mientras mas largo sea el cable) y disminuye con la sección (o sea, a medida que aumentamos la sección la resistencia del cable disminuye y viceversa).

Cables reales

En la primera simulación de mas arriba los cables eran ideales, es decir tenían cero ohms. Ahora mira esta otra simulación donde le he indicado al programa que considere cables “reales”, es decir con una resistencia:

La batería sigue entregando 9V, pero cuando medimos sobre las lámparas, la tensión ya no es de 9V, es menor, es de sólo 7,27V ¿Que pasó con la diferencia de 9V – 7,27V = 1,73V? Bueno, es la caída de tensión en los cables debida a su resistencia.

En esta otra animación, con una sola lámpara de carga, puedes ver con mas facilidad como varía la caída de tensión en los cables a medida que cambia su resistencia: si la resistencia es pequeña (arranca en cero) llegan todos los 9V a la carga, así que la caída es 0V, pero a medida que la resistencia de los cables aumenta, llega cada vez menos tensión a la lámpara porque la caída de tensión también aumenta.

La caída de tensión se suele escribir como ΔV y se lee “delta V”. En el ejemplo anterior, podríamos decir que ΔV = 1,73 Voltios.

Influencia de la corriente

Como vimos, los cables no son conductores perfectos sino que tienen una resistencia.

La caída de tensión que se producirá en un cable depende de esa resistencia, pero también de la cantidad de corriente que atraviesa ese cable.

Según la ley de Ohm:

V = I\cdot{R}

Así que la caída de tensión será mayor cuanto mayor sea la corriente circulante.

La caída de tensión depende de la resistencia del cable y de la corriente que circula por él

Esto significa que debes tener cuidado con la caída de tensión sobre todo en circuitos formados por cables que tengan mucha longitud (lo que aumenta su resistencia) y un consumo elevado de corriente.

El problema de la caída de tensión

La caída de tensión en un circuito es un problema, porque produce que la tensión disponible en la carga sea inferior a la tensión de alimentación. Esto puede ser origen de fallos en algunos equipos, como motores, lámparas leds o aparatos electrónicos si esa caída de tensión es importante.

Caída de tensión porcentual

Una forma de expresar la magnitud de la caída de tensión es como un porcentaje de la tensión de alimentación o la tensión “original”.

Esto se calcula facilmente de la siguiente forma:

\Delta V (\%) = \frac{\Delta V}{V} . 100

Volviendo al ejemplo de mas arriba, como la tensión de alimentación que proviene de la batería (V) es de 9 Voltios y la caída ΔV es 1,73V, la caída de tensión porcentual será de:

\Delta V (\%) = \frac{\Delta V}{V} . 100 = \frac{1,73}{9}.100 = 19,2 \% 

\Delta V (\%) = \frac{\Delta V}{V} . 100 = \frac{2,5}{12}.100 = 20,8 \% 

\Delta V = 220V - 218V = 2V

\Delta V (\%) = \frac{\Delta V}{V} . 100 = \frac{2}{220}.100 = 0,9 \% 

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Conclusiones

En este artículo vimos de que se trata el problema de la caída de tensión, de que depende y como se expresa, tanto en voltios como en un porcentaje. En el próximo artículo veremos como podemos calcular su valor en una instalación eléctrica, cuales son los máximos permitidos y finalmente, como calculamos la sección del cable para no superar estos valores.