Calculadora de caída de tensión

V_drop = 2 × L × I × ρ / A, donde ρ es 0,0172414 Ω·mm²/m para el cobre a 20 °C

L

La longitud de ida del tramo de cable, en metros o en pies: la distancia de la alimentación a la carga, no el total de cobre. Es la única entrada de esta página que se puede escribir mal sin que se note: un tramo de 30 metros necesita 60 metros de conductor, porque la corriente va y vuelve, y el dos que encabeza la fórmula ya lo tiene en cuenta. Escribe 60 en lugar de 30 y todas las respuestas de la página se duplican, lo que parece un tramo algo largo y no un error

I

La corriente que consume la carga, en amperios. Es la misma corriente que circula por los dos conductores, y por eso multiplica la resistencia del bucle entero y no la mitad. La caída de tensión es directamente proporcional a la corriente, así que duplicar la carga duplica la pérdida, y como además esa pérdida cuesta potencia, un tramo largo muy cargado desperdicia energía a la vez que deja caer voltios

A

La sección del conductor, en milímetros cuadrados, que es el número impreso en el cable que compras. Está en el denominador, así que es la palanca que tienes: para reducir la caída a la mitad, duplica la sección. La tabla de abajo muestra lo que eso hace a lo largo del rango de 1,5 mm² a 25 mm² con la misma carga, y es la razón de que un tramo largo necesite un cable más grueso que uno corto con la misma corriente

ρ

La resistividad del conductor, 0,0172414 ohmios milímetro cuadrado partido por metro para el cobre recocido a 20 °C, que es el valor que respalda el estándar de conductividad del 100 por cien de la IACS. El aluminio es unas 1,64 veces mayor, así que un conductor de aluminio del mismo tamaño deja caer alrededor de un 64 por ciento más de voltios. Aquí el cobre no cambia de resistencia con la temperatura: un conductor caliente tiene más resistencia que el valor de tabla, así que esta calculadora devuelve el mejor de los casos

2

Los dos conductores del bucle, uno de ida y otro de vuelta. No es un margen de seguridad ni un factor de corrección, y dejarlo fuera subestima la caída exactamente a la mitad. Los circuitos monofásicos y los de corriente continua lo necesitan; la aritmética de un circuito trifásico equilibrado es otra distinta y esta página no la cubre

Úsala antes de tender cable a cualquier distancia, y sobre todo en corriente continua de baja tensión, donde la alimentación es lo bastante pequeña como para que la pérdida importe como fracción de ella. Un circuito de 12 V que deja caer 1 V ha perdido un 8 por ciento de su alimentación; el mismo cable con la misma corriente sobre 230 V deja caer ese mismo 1 V, que es un 0,4 por ciento y a nadie le importa. Por eso las calculadoras de iluminación de jardín, instalación de embarcaciones y paneles solares piden la longitud del tramo, y por eso la respuesta de aquí es un porcentaje y no solo una tensión. El porcentaje es lo que se compara con la recomendación

1. Los valores por defecto: 230 V, 20 A, un tramo de 30 m sobre 2,5 mm²

   1. Alimentación 230 V, corriente de carga 20 A, tramo de 30 m de ida, conductor de 2,5 mm²
   2. La resistencia del bucle es 2 × 30 × 0,0172414 / 2,5 = 0,4138 ohmios
   3. La caída de tensión es 20 × 0,4138 = 8,28 V, que es 8,28 / 230 = 3,6 % de la alimentación
   4. La carga ve 230 − 8,28 = 221,72 V, y los dos conductores juntos disipan 8,28 × 20 = 165,52 W

   Lee juntos los dos números del medio, porque son el argumento entero de la página. El 3,6 % está por encima de la recomendación del 3 % para un circuito derivado y por debajo de la del 5 % para el conjunto, así que la insignia sale ámbar, y eso es lo más útil que hace un cálculo de caída de tensión: no te dice que la caída exista, sino que está justo en el borde. Las cuatro filas además cierran entre sí —8,28 más 221,72 son 230, y 8,28 por 20 son 165,52—, así que si cambias una entrada puedes recalcular las demás y comprobar el panel contra sí mismo.

2. El mismo cable con la mitad de carga y dos tercios del recorrido

   1. Alimentación 230 V, corriente de carga 10 A, tramo de 20 m de ida, conductor de 2,5 mm²
   2. Bajar la corriente a la mitad y recortar la longitud de 30 m a 20 m multiplica la caída por 0,5 × 0,667
   3. 8,28 V × 0,333 = 2,76 V, que es el 1,2 % de 230 V
   4. La carga ve 227,24 V y el cable desperdicia 27,59 W en lugar de 165,52 W

   El desperdicio cae mucho más rápido que la tensión, y merece la pena fijarse: la caída bajó a un tercio mientras que la potencia perdida bajó a un sexto, porque la potencia perdida es la caída por la corriente y las dos bajaron. Esta es la aritmética que hay detrás del consejo de que los tramos largos, finos y muy cargados son los caros. Muestra además que el número que hay que vigilar es el porcentaje y no los voltios: 2,76 V suena a más de lo que suena 1,2 %.

3. Corriente continua de baja tensión: 12 V, 1 A, 5 m sobre 1,5 mm²

   1. Alimentación 12 V, corriente de carga 1 A, tramo de 5 m de ida, conductor de 1,5 mm²
   2. La resistencia del bucle es 2 × 5 × 0,0172414 / 1,5 = 0,1149 ohmios
   3. La caída de tensión es 1 × 0,1149 = 0,11 V, y la carga ve 11,89 V
   4. Como porcentaje de 12 V eso es un 0,96 %, cómodamente dentro de la recomendación

   Corto y poco cargado, así que el cable apenas hace nada; pero el porcentaje ya está cerca del 1 % en una línea de 12 V, donde ese mismo cable sobre 230 V estaría en el 0,05 %. Esta es la comparación que explica por qué las instalaciones de baja tensión necesitan un cable sorprendentemente grueso: la caída en voltios la fijan la corriente y el cable, y no sabe ni le importa cuál es la tensión de alimentación. Encoger la tensión de alimentación encoge el denominador, y lo que falla es el porcentaje.

4. Predecir una alimentación que no puede con el trabajo

   1. Alimentación 12 V, corriente de carga 20 A, tramo de 100 m de ida, conductor de 1,5 mm²
   2. La resistencia del bucle es 2 × 100 × 0,0172414 / 1,5 = 2,299 ohmios
   3. La caída de tensión es 20 × 2,299 = 45,98 V, que es el 383 % de la alimentación de 12 V
   4. La fila de la carga marca −33,98 V, un número negativo

   La tensión negativa es la respuesta y no un fallo: significa que un cable de 1,5 mm² y 100 metros no puede entregar 20 amperios desde una alimentación de 12 voltios en absoluto, así que el modelo se ha empujado más allá del punto en el que describe algo real. La página deja el número sin recortar a propósito en lugar de mostrar un cero, porque un cero parecería un resultado legítimo —una carga que no recibe voltios— cuando lo que ocurre de verdad es que esta instalación es imposible y necesita un tramo más corto o un conductor mucho más grueso. Todas las respuestas de aquí son una advertencia, incluidos los 919 W que se le pediría disipar al cable.

La resistividad se mantiene en el valor de 20 °C del cobre recocido, así que un conductor que se calienta bajo carga tiene más resistencia y una caída mayor que la mostrada: las cifras de aquí son el mejor de los casos. El aluminio, que es unas 1,64 veces más resistivo, no está modelado. Los circuitos trifásicos equilibrados usan otra expresión y no están cubiertos. La carga se trata como una corriente fija, mientras que una carga real de potencia constante consume más corriente conforme baja la tensión, lo que hace la caída algo peor de lo previsto.

¿La longitud del cable es la distancia de ida o el total?

La distancia de ida, de la alimentación a la carga, y este es el error que la página tiene más probabilidades de pillar. La corriente sale de la alimentación por un conductor y vuelve por el otro, así que en el circuito hay dos longitudes de cobre y el 2 que encabeza la fórmula lo tiene en cuenta. Un tramo de 30 metros significa por tanto 60 metros de cable. Escribe 60 en la casilla de la longitud y todas las respuestas se duplican, lo que se lee como un tramo algo largo y no como un error, así que la fórmula seguiría pareciendo verosímil estando equivocada por un factor de dos.

¿Por qué la tensión en la carga sale negativa?

Porque el cable no puede llevar tanta corriente tan lejos desde esa alimentación, así que el modelo se ha empujado fuera de su rango. En el ejemplo de 12 V, 20 A, 100 metros y 1,5 mm², la resistencia del bucle es de unos 2,3 ohmios y la caída es de 46 voltios, casi cuatro veces la alimentación. Una tensión de carga negativa no es una lectura sobre la que actuar: es la aritmética diciendo que esa combinación es imposible y que necesitas un tramo más corto, un conductor más grueso o una tensión de alimentación mayor. Se deja visible en lugar de recortarla a cero para que se vea la imposibilidad.

¿Qué se considera una caída de tensión aceptable?

El National Electrical Code sugiere no más de un 3 % en un circuito derivado y no más de un 5 % en el conjunto, alimentando el derivado desde la línea principal. Son recomendaciones de las notas informativas, no reglas obligatorias, y son práctica estadounidense. Otras normas y otros países usan cifras distintas; la IEC 60364 y la china GB 50054 lo abordan a través de la variación de tensión admisible en el equipo. Las bandas del 3 % y el 5 % de esta página son esas recomendaciones, aplicadas al porcentaje, y son un valor por defecto razonable y no una ley universal.

¿Cuánto reduce la caída un cable más grueso?

En proporción directa a la sección, porque el área está en el denominador. Duplicar la sección reduce la caída a la mitad; pasar de 1,5 mm² a 25 mm² la divide entre casi diecisiete. La tabla de esta página muestra los dos extremos con el mismo tramo de 230 V, 20 A y 30 metros: 13,79 V con el cable fino y 0,83 V con el grueso. Lo que no hace es cambiar de forma lineal con el precio, y por eso la respuesta práctica suele ser el cable más pequeño que mantiene el porcentaje dentro de la recomendación, y no el más grande disponible.

¿Importa la temperatura del conductor?

Sí, y esta página no la modela. La resistencia del cobre sube con la temperatura a razón de un 0,4 % por kelvin aproximadamente, así que un conductor que trabaja caliente bajo carga tiene más resistencia que el valor de 20 °C usado aquí y produce una caída mayor que la que muestra el cálculo. Las intensidades admisibles continuas se fijan pensando en ese calentamiento, y un cable a plena carga puede estar decenas de grados por encima de la temperatura ambiente. Toma la cifra de esta página como el mejor de los casos a 20 °C y añade margen en cualquier tramo que quede cerca de la recomendación.

¿Es lo mismo que calcular la sección del cable?

Es la mitad. La calculadora de calibre de cable hace este cálculo a la inversa: en lugar de decirte la caída que produce un conductor elegido, te dice el conductor más pequeño que mantiene la caída dentro de un límite que fijas tú. Las dos necesitan las mismas cuatro entradas y las dos usan la misma resistividad, así que una cifra de una debería reproducirse en la otra. Dimensionar un cable tiene además que satisfacer la intensidad admisible y los requisitos de la instalación, que son preguntas aparte que esta página no responde.

¿Y los circuitos trifásicos?

Necesitan otra expresión, y esta página es solo monofásica y de corriente continua. En un circuito trifásico equilibrado el camino de vuelta se comparte entre las fases, así que el factor del bucle es la raíz de tres en lugar de dos, y la tensión de línea sustituye a la de alimentación en el porcentaje. Usar la aritmética de dos conductores en una línea trifásica sobrestima la caída. Si trabajas sobre una instalación trifásica, toma la cifra de una calculadora que pregunte por la configuración de fases.

• NFPA 70 National Electrical Code, Article 210.19(A) Informational Note No. 4 and Article 215.2(A) — the branch-circuit 3% and total 5% voltage drop recommendations this page's bands are built on — National Fire Protection Association
• International Annealed Copper Standard — the IACS definition of 100% conductivity, which is where the 0.017241 Ω·mm²/m resistivity used here comes from — Wikipedia
• Voltage drop — the two-way conductor length convention, the derivation from R = ρL/A, and the difference between the single-phase and three-phase expressions — Wikipedia