Cálculo de caída de tensión: fórmula, límites y sección del cable

La caída de tensión es la tensión que se pierde a lo largo de un conductor entre la fuente y la carga. Se calcula con la corriente, la longitud de ida, la resistividad y la sección — para un alimentador trifásico, ΔV = √3 × I × L × ρ / S. Lo que decide la sección no es la caída en voltios, sino su porcentaje respecto de la tensión nominal comparado con el límite del proyecto.

Qué mide realmente la caída de tensión

Un conductor es una resistencia. Cada metro disipa algo de energía y la tensión en el extremo lejano siempre es menor que en la fuente. Esa diferencia es la caída de tensión; no es lo mismo que la pérdida de potencia, aunque estén relacionadas, porque la energía disipada en el conductor es la caída multiplicada por la corriente.

La consecuencia práctica es que un cable puede cumplir de sobra con la corriente admisible y aun así ser el cable equivocado. Un alimentador de cobre de 10 mm² puede trabajar frío a 100 A y caer más de 3 % en 50 m, lo que arranca mal un motor, baja el nivel de las lámparas al final de la línea o deja un equipo por debajo de su rango de alimentación. La corriente admisible responde «¿sobrevivirá el conductor?»; la caída de tensión responde «¿seguirá funcionando la carga?».

La fórmula en monofásico y en trifásico

Ambas formas usan los mismos cuatro datos: corriente en amperios, longitud de ida en metros, resistividad en ohmio milímetro cuadrado por metro y sección en milímetros cuadrados.

• Monofásico (fase y neutro): ΔV = 2 × I × L × ρ / S
• Trifásico (conductores de fase): ΔV = √3 × I × L × ρ / S
• Porcentaje: ΔV % = ΔV / V_nominal × 100

El factor dos del monofásico no es un margen de seguridad: la corriente sale por la fase y vuelve por el neutro, de modo que la longitud de conductor recorrida es el doble de la longitud del trazo. El trifásico usa √3 porque las tres corrientes de fase se suman vectorialmente. La resistividad es 0,0175 Ω·mm²/m para el cobre y alrededor de 0,0282 Ω·mm²/m para el aluminio a 20 °C — casi 60 % más, y por eso un alimentador de aluminio necesita mayor sección para la misma caída.

Ejemplo resuelto: 100 A en 80 m

Un alimentador trifásico de 400 V transporta 100 A en un trazo de ida de 80 m de cobre. Con ρ = 0,0175 Ω·mm²/m y S = 35 mm²:

ΔV = 1,732 × 100 × 80 × 0,0175 / 35 = 6,9 V, es decir 1,7 % de 400 V. El límite del 3 % se cumple con holgura, así que la sección de 35 mm² la decide la corriente admisible y el factor de corrección, no la caída.

Bajando a 25 mm² en el mismo trazo se obtienen 9,7 V, un 2,4 %: todavía dentro del 3 %, pero el margen desaparece en cuanto el conductor se calienta o el recorrido crece. Ese es justamente el cálculo que conviene hacer antes de reducir una sección para ahorrar costo.

El camino corto es leer la caída por amperio y por metro, que es fija para un material y una sección dados. La tabla siguiente da valores de cobre a 20 °C en trifásico de 400 V, con la longitud de ida máxima que mantiene el 3 % con 100 A.

La tabla es una ayuda de predimensionado, no un reemplazo del cálculo. La resistividad cambia con la temperatura, las unión es añaden resistencia y un circuito monofásico necesita casi el doble de sección para la misma longitud y corriente.

La temperatura convierte un diseño conforme en uno que falla

Los valores anteriores son a 20 °C. Un conductor que trabaja a su corriente nominal sube mucho más: a 70 °C la resistencia del cobre es aproximadamente 20 % mayor que a 20 °C, y a 90 °C ronda un 27 % más. Un alimentador que calcula 2,8 % en frío quedará por encima del 3 % en servicio.

Por eso lo correcto es calcular con la resistencia a la temperatura de operación prevista, no con la cifra de manual a 20 °C. En la práctica, las tablas de mV/A/m ya incorporan una temperatura de servicio: de ahí las décimas de diferencia entre un cálculo a mano y una tabla de dimensionado.

Cuándo la caída es irrelevante y cuándo lo decide todo

En un tablero situado a pocos metros de su transformador la caída es un detalle y manda la corriente admisible. Domina en cuatro situaciones: alimentadores rurales largos, circuitos monofásicos de baja tensión de más de unos 30 m, cables de grupo electrógeno cuya fuente ya está en la tensión nominal y cualquier circuito que alimente un motor cuya corriente de arranque sea de cinco a siete veces la nominal.

Los circuitos de motor merecen un cálculo aparte. Una caída del 5 % a corriente nominal se vuelve mucho más profunda durante un arranque directo, y el contactor puede zumbar o soltarse. Si la carga es un motor, calcule la caída con la corriente de arranque.

Una secuencia de dimensionado sin retrabajos

1. Parta de la corriente real de la carga, no del calibre del interruptor. Un interruptor de 63 A con una carga de 40 A se dimensiona para 40 A.
2. Elija la sección en las tablas de corriente admisible según el modo de instalación, la temperatura ambiente y el agrupamiento.
3. Calcule la caída a temperatura de servicio y compárela con el límite del proyecto.
4. Si no cumple, suba la sección un paso y repita — no añada un segundo conductor en paralelo salvo que el trazo lo permita y la protección esté calibrada para la corriente total.
5. Verifique que la protección siga coordinada con la sección final y que el conductor de protección cumpla la condición adiabática.
6. Confirme que el terminal o la bornera acepta el conductor y el perno, y ordene las terminaciones junto con el cable.

El último paso es el que retrasa obras. Un conductor de 240 mm² exige un terminal cuyo cañón y palma correspondan a la clase de cableado, y una bornera apta para la corriente. Si está convirtiendo calibres AWG, use la tabla de conversión AWG a mm² antes de elegir el cañón, y si el circuito es una derivación final, cruce la sección con la guía de calibre para interruptor de 60 A.

Conectar la sección que acaba de calcular

Todo cálculo de caída de tensión termina en una sección, y esa sección hay que conectarla. YOMIN suministra las terminaciones correspondientes, entre ellas terminales de cobre de dos agujeros certificados ROHS para unión es atornilladas, terminales de aluminio serie DL cuando el conductor es de aluminio, y terminales de cobre para cable en el rango métrico habitual.

Dos detalles deciden si la unión se comporta como el conductor o se convierte en el punto débil: el cañón debe coincidir con la clase de cableado y la sección real, y la palma debe coincidir con el perno y la superficie de apoyo. Las unión es aluminio-cobre necesitan además una interfaz bimetálica o una pasta adecuada; de lo contrario la resistencia de la unión sube y la caída calculada nunca llega a la carga.

Preguntas frecuentes

¿Qué caída de tensión es aceptable?

Los límites dependen del reglamento y del proyecto. El anexo G de la IEC 60364-5-52 da valores orientativos de 3 % para alumbrado y 5 % para otros usos en distribución pública de baja tensión, mientras que la práctica norteamericana suele aplicar 3 % en el circuito derivado y 5 % en total. Lo importante es fijar el límite antes de elegir el cable.

¿La caída de tensión depende de la carga o del cable?

De ambos. El cable fija la resistencia por metro y la carga fija la corriente que lo atraviesa. Por eso un mismo trazo de 80 m puede ser aceptable con 40 A e inaceptable con 100 A sin cambiar de cable.

¿Por qué la fórmula monofásica se multiplica por dos?

Porque la corriente sale por la fase y regresa por el neutro, así que la longitud de conductor recorrida es el doble del trazo físico. En trifásica se usa raíz de tres porque el retorno son las otras dos fases.

¿Se puede corregir la caída con un interruptor más grande?

No. La protección no cambia la resistencia del conductor. Aumentar el calibre hace la instalación menos segura sin mejorar la tensión en la carga; solo sirven una sección mayor, un trazo más corto o una tensión de distribución más alta.