Aprenda a calcular la caída de tensión en circuitos monofásicos y trifásicos, interpretar las fórmulas y aplicar los límites de la NBR 5410.
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El cálculo de caída de tensión determina cuánto de la tensión disponible en el origen se pierde a lo largo de los conductores hasta la carga. Para calcularla correctamente deben considerarse la corriente de diseño, la longitud del circuito, la sección y el material del cable, la resistencia, la reactancia, el factor de potencia y el tipo de sistema eléctrico.
En términos directos, la caída de tensión, en voltios, se calcula a partir de la impedancia del circuito y de la corriente que circula por él. Después, el resultado se convierte en porcentaje de la tensión nominal y se compara con los límites aplicables de la ABNT NBR 5410.
No basta con multiplicar corriente por distancia ni utilizar una tabla genérica. Los circuitos monofásicos y trifásicos utilizan relaciones diferentes. Además, la resistencia del conductor cambia con la temperatura y la reactancia puede ser relevante en alimentadores largos, cables de mayor sección, bajo factor de potencia e instalaciones industriales.
¿Qué es la caída de tensión?
La caída de tensión es la diferencia entre la tensión existente en el origen de un circuito y la tensión que efectivamente llega al punto de utilización cuando circula corriente.
Todo conductor posee impedancia. Por ello, el paso de corriente produce una diferencia de potencial a lo largo de la línea. Cuanto mayores sean la corriente, la longitud y la impedancia, mayor tiende a ser la caída.
En términos generales:
ΔV = tensión en el origen − tensión en la carga
El resultado porcentual se calcula mediante:
ΔV% = (ΔV / Vn) × 100
Donde:
- ΔV es la caída de tensión, en voltios;
- Vn es la tensión nominal utilizada como referencia;
- ΔV% es la caída de tensión porcentual.
La caída de tensión es un fenómeno normal. El problema aparece cuando supera el valor previsto en el diseño o compromete el funcionamiento de las cargas.
¿Caída de tensión, subtensión y hueco de tensión son lo mismo?
No. Estos fenómenos pueden producir síntomas similares, pero tienen orígenes y duraciones diferentes.
La caída de tensión en el circuito se debe a la corriente que circula por la impedancia de los conductores. Puede estimarse durante el diseño y verificarse en campo.
La subtensión es una condición en la que la tensión permanece por debajo del intervalo esperado durante un período más prolongado. Su origen puede estar en la red de la distribuidora, transformadores, conexiones, carga excesiva o en la propia instalación.
El hueco de tensión es una reducción temporal, normalmente asociada a fallas, arranque de grandes motores o eventos transitorios.
Esta distinción es importante. Aumentar la sección de un cable puede reducir la caída interna, pero no corrige una tensión inadecuada ya existente en el punto de suministro. Cuando la causa no está clara, el Análisis y Diagnóstico de la Calidad de Energía Eléctrica permite diferenciar problemas de alimentación, distribución interna y cargas.
¿Qué datos se necesitan para calcular la caída de tensión?
Antes de aplicar cualquier fórmula deben definirse los datos reales del circuito.
Datos eléctricos
- tensión nominal;
- corriente de diseño;
- sistema monofásico, fase-fase, trifásico o corriente continua;
- factor de potencia;
- naturaleza de la carga;
- presencia de armónicos;
- régimen permanente o arranque.
Datos de los conductores
- material, como cobre o aluminio;
- sección nominal;
- longitud del recorrido;
- resistencia por unidad de longitud;
- reactancia por unidad de longitud;
- temperatura de operación;
- disposición física de los cables;
- número de conductores en paralelo.
Datos del sistema
- punto a partir del cual debe contabilizarse la caída;
- tensión disponible en el origen;
- tramos anteriores del alimentador;
- transformador, generador o UPS involucrado;
- límites del equipo alimentado;
- ampliación de carga prevista.
Los valores de resistencia y reactancia deben obtenerse, preferentemente, de los datos técnicos del cable y de la configuración efectivamente utilizados.
¿Cuál es la fórmula de la caída de tensión?
La fórmula depende del tipo de circuito y de las magnitudes disponibles. Cuando la resistencia y la reactancia se expresan por unidad de longitud, pueden utilizarse las relaciones siguientes.
Circuito monofásico o con dos conductores activos
Para un circuito monofásico fase-neutro o una carga fase-fase alimentada por dos conductores:
ΔV = 2 × L × I × (R × cosφ + X × senφ)
Circuito trifásico equilibrado
Para un circuito trifásico:
ΔV = √3 × L × I × (R × cosφ + X × senφ)
Circuito de corriente continua con ida y retorno
Cuando la reactancia no es aplicable:
ΔV = 2 × L × I × R
En estas expresiones:
- L es la longitud de ida del circuito;
- I es la corriente de diseño;
- R es la resistencia del conductor por unidad de longitud;
- X es la reactancia por unidad de longitud;
- cosφ es el factor de potencia;
- senφ representa la componente asociada a la reactancia.
Las unidades deben ser coherentes. Si R y X están en ohmios por kilómetro, L debe expresarse en kilómetros.
Fórmula simplificada mediante resistividad
En determinadas aplicaciones, especialmente en circuitos cortos y de menor sección, puede utilizarse una aproximación que considera principalmente la resistencia:
ΔV ≈ 2 × ρ × L × I / S — circuito con ida y retorno
ΔV ≈ √3 × ρ × L × I / S — circuito trifásico
Donde:
- ρ es la resistividad adoptada para el material y la temperatura;
- S es la sección del conductor.
Esta aproximación no debe aplicarse automáticamente a cualquier alimentador. Cuando la reactancia, la temperatura, la disposición de los cables o el factor de potencia sean relevantes, la fórmula completa ofrece una representación mejor.
La fórmula simplificada no es universal.
La aproximación por resistividad puede ser útil, pero no sustituye el análisis de la resistencia a la temperatura de operación, la reactancia, el factor de potencia y la configuración de los cables cuando estas magnitudes sean relevantes.
Vea cómo estos criterios se relacionan con el dimensionamiento de los cables.
¿La longitud debe contarse una o dos veces?
En las fórmulas presentadas, L representa la longitud física de ida entre el origen y la carga.
En el circuito monofásico o de corriente continua, el factor 2 ya representa el recorrido de ida y retorno. Por tanto, no debe duplicarse nuevamente la longitud.
En el circuito trifásico equilibrado se utiliza el factor √3, y no el factor 2.
Este es uno de los errores más frecuentes en calculadoras, hojas de cálculo y memorias de cálculo. Introducir la distancia total de ida y vuelta en una fórmula que ya contiene el factor 2 duplica el resultado.
¿Cómo calcular la caída de tensión trifásica?
Considere un alimentador trifásico con los siguientes datos ilustrativos:
- tensión nominal: 380 V;
- corriente de diseño: 55 A;
- longitud de ida: 70 m, o 0,070 km;
- factor de potencia: 0,90;
senφ: aproximadamente 0,436;- resistencia del conductor en la condición adoptada: 0,87 Ω/km;
- reactancia de la configuración: 0,08 Ω/km.
Aplicando la fórmula:
ΔV = √3 × 0,070 × 55 × [(0,87 × 0,90) + (0,08 × 0,436)]
Primero se calcula la componente de impedancia:
(0,87 × 0,90) + (0,08 × 0,436) ≈ 0,818 Ω/km
Así:
ΔV ≈ 5,45 V
La caída porcentual es:
ΔV% = (5,45 / 380) × 100
ΔV% ≈ 1,43%
El resultado de este tramo es aproximadamente 1,43%. Sin embargo, debe sumarse a las caídas existentes en los tramos anteriores, desde el punto de referencia aplicable hasta la carga.
Los valores de resistencia y reactancia de este ejemplo son ilustrativos. En el diseño deben sustituirse por los datos del cable, la temperatura y la disposición física efectivamente especificados.
¿Cómo calcular circuitos con varias cargas a lo largo del recorrido?
Cuando las cargas están distribuidas, no es correcto aplicar la corriente total a toda la longitud si parte de esa corriente deja de circular después de cada derivación.
El circuito debe dividirse en tramos. Para cada tramo se considera:
- la longitud de ese segmento;
- la corriente que efectivamente circula por él;
- la sección y la impedancia correspondientes.
La caída total será la suma de las caídas de cada segmento:
ΔVtotal = ΔV1 + ΔV2 + ΔV3 + ...
Este método se aplica, por ejemplo, a alimentadores con cuadros intermedios, circuitos extensos de iluminación, líneas con cargas distribuidas y redes internas de plantas industriales.
¿Cuáles son los límites de caída de tensión de la NBR 5410?
La ABNT NBR 5410 establece límites según el punto a partir del cual se calcula la caída.
| Origen considerado | Límite hasta el punto de utilización |
| Terminales secundarios del transformador MT/BT propiedad de la unidad consumidora | 7% |
| Terminales secundarios del transformador de la distribuidora, cuando el punto de suministro se encuentra allí | 7% |
| Punto de suministro en los demás suministros de baja tensión | 5% |
| Terminales de salida de un generador propio | 7% |
Además de estos límites globales, la norma determina que la caída de tensión en los circuitos terminales no supere el 4%.
Esto no significa que toda instalación tenga un límite universal del 4%. El valor del 4% se aplica al circuito terminal. El límite total depende del origen considerado y debe abarcar los tramos anteriores de la distribución.
Para determinadas líneas principales de más de 100 m, la norma admite un incremento limitado en casos asociados al transformador o al generador. Esta posibilidad debe analizarse con cuidado y no elimina el límite aplicable a los circuitos terminales.
La norma también determina que el cálculo utilice la corriente de diseño, incluidas las componentes armónicas pertinentes.
El límite del 4% no representa toda la instalación.
La caída máxima del circuito terminal debe combinarse con la caída de los alimentadores anteriores. El límite total depende del punto de origen definido por la NBR 5410.
¿Cómo distribuir la caída de tensión entre alimentadores y circuitos terminales?
La NBR 5410 define límites máximos, pero el proyectista debe establecer cómo se distribuirá el margen entre los distintos niveles de la instalación.
Un sistema puede incluir:
- transformador o punto de suministro;
- QGBT;
- cuadros de distribución;
- alimentadores secundarios;
- circuitos terminales;
- cables internos de los equipos.
Consumir todo el margen en los primeros alimentadores puede dejar los circuitos finales sin reserva. Por ello, los diseños más robustos adoptan criterios internos por tramo y registran la caída acumulada en el cuadro de cargas, la memoria de cálculo o una hoja de circuitos.
La distribución también debe considerar futuras ampliaciones. Un alimentador que opera cerca del límite el primer día puede resultar inadecuado tras incorporar nuevas cargas.
¿El factor de potencia influye en la caída de tensión?
Sí. En corriente alterna, la caída depende de la relación entre resistencia, reactancia y ángulo de la corriente.
Cuando disminuye el factor de potencia, la componente reactiva adquiere mayor importancia. En líneas donde la reactancia no es despreciable, esto puede elevar la caída de tensión.
Además, para una misma potencia activa, un factor de potencia menor exige una corriente mayor. Este aumento de corriente también incrementa la caída y las pérdidas térmicas.
La corrección del factor de potencia puede reducir la corriente y las pérdidas en determinados tramos, pero no debe tratarse como sustituto automático de un dimensionamiento adecuado de los conductores.
¿La temperatura del cable modifica el resultado?
Sí. La resistencia eléctrica de los metales aumenta con la temperatura.
Por ello, utilizar únicamente la resistencia indicada a 20 °C puede subestimar la caída cuando el conductor opera a una temperatura mayor. El cálculo debe emplear la resistencia correspondiente a la condición de servicio o aplicar la corrección indicada por la documentación técnica utilizada.
La temperatura de operación depende de la carga, el aislamiento, el método de instalación, el agrupamiento y las condiciones ambientales. Esto vincula directamente el cálculo de caída con el dimensionamiento de cables eléctricos.
¿El cobre y el aluminio producen la misma caída de tensión?
No para la misma sección y condición.
El cobre y el aluminio tienen resistencias eléctricas diferentes. En general, un conductor de aluminio requiere una sección mayor para obtener un desempeño eléctrico similar al de un conductor de cobre.
La comparación también debe considerar:
- temperatura de operación;
- terminales y conexiones;
- disposición física;
- reactancia;
- coste inicial;
- pérdidas a lo largo de la vida útil;
- mantenimiento.
La simple sustitución de un material por otro manteniendo la sección puede modificar la caída, la capacidad de conducción y la coordinación con la protección.
¿Cómo calcular la caída de tensión durante el arranque de motores?
El arranque de motores debe analizarse por separado del régimen permanente.
Durante el arranque, la corriente puede ser varias veces superior a la nominal. Como consecuencia, la caída temporal puede afectar:
- el par de aceleración;
- el tiempo de arranque;
- contactores y dispositivos de mando;
- otros motores;
- iluminación;
- equipos electrónicos;
- la estabilidad de la fuente.
Para circuitos de motores, la NBR 5410 relaciona el dimensionamiento con los límites generales en régimen permanente y establece un criterio específico durante el arranque en el punto del dispositivo de arranque, permitiendo un análisis propio según la aplicación.
El cálculo debe considerar la impedancia del circuito completo, incluida la fuente, el transformador, los alimentadores y el motor. También deben evaluarse el método de arranque y la posibilidad de arranques simultáneos.
El artículo Interruptor para Motor: qué es, cómo funciona y cuándo utilizarlo explica las funciones de protección y mando asociadas al circuito.
El régimen permanente y el arranque son verificaciones diferentes.
Un circuito puede presentar una caída adecuada en operación normal y aun así comprometer la aceleración del motor u otras cargas durante el arranque.
¿Cómo evaluar la caída de tensión con un generador o UPS?
Las fuentes alternativas poseen impedancia y comportamiento dinámico propios.
Un generador puede presentar una variación de tensión más significativa durante escalones de carga o arranques de motores. Una UPS puede limitar corriente, transferir a bypass u operar con restricciones específicas durante sobrecargas.
En estos sistemas, el cálculo del cable es solo una parte del análisis. También deben considerarse:
- potencia e impedancia de la fuente;
- regulación de tensión;
- capacidad de sobrecarga;
- corriente de cortocircuito disponible;
- secuencia de arranque de las cargas;
- autonomía y condiciones de las baterías;
- operación normal, de emergencia y mantenimiento;
- selectividad de las protecciones.
En instalaciones críticas, el Proyecto de Sistemas de Energía Crítica e Ininterrumpida integra cables, fuentes, distribución, protección y continuidad operativa.
¿Cuál es la relación entre caída de tensión y pérdidas de energía?
La caída de tensión y las pérdidas en los conductores están relacionadas con la resistencia y la corriente.
Las pérdidas activas pueden representarse, de forma simplificada, mediante:
Pperdas = I² × R
Aumentar la sección reduce la resistencia. Esto puede disminuir tanto la caída como las pérdidas durante la operación.
La ABNT NBR 16819 destaca la evaluación económica de las secciones. En determinadas aplicaciones, especialmente industriales y con largos períodos de operación, la sección económicamente más adecuada puede ser mayor que la sección mínima exigida únicamente por criterios térmicos y de seguridad.
Por tanto, cumplir el límite máximo no significa necesariamente alcanzar la solución de menor coste a lo largo de la vida útil.
¿Cómo reducir la caída de tensión?
Las medidas más habituales son:
- aumentar la sección de los conductores;
- reducir la longitud de los alimentadores;
- aproximar transformadores y cuadros a las cargas principales;
- utilizar una tensión de distribución más elevada cuando sea técnicamente aplicable;
- distribuir mejor las cargas;
- corregir el factor de potencia junto a las cargas pertinentes;
- reducir conexiones con resistencia elevada;
- utilizar conductores en paralelo con reparto controlado de corriente;
- limitar arranques simultáneos;
- seleccionar un método de arranque apropiado para motores;
- revisar la arquitectura de distribución.
La mejor solución no consiste necesariamente en aumentar todos los cables. En algunos casos, reorganizar los cuadros o modificar la tensión de distribución ofrece un resultado técnico y económico superior.
Errores comunes en el cálculo de caída de tensión
Utilizar la potencia sin calcular la corriente correcta
La corriente depende de la tensión, el número de fases, el factor de potencia y, en algunas cargas, el rendimiento.
Confundir distancia de ida con ida y vuelta
Cuando la fórmula ya contiene el factor 2, introducir la longitud total duplica la caída calculada.
Ignorar la reactancia
La aproximación resistiva puede ser inadecuada en alimentadores largos, cables de gran sección y cargas con bajo factor de potencia.
Utilizar la resistencia a 20 °C como si fuera la de operación
La resistencia del conductor aumenta con la temperatura y puede elevar el resultado real.
Aplicar el 4% como límite total en cualquier instalación
El límite del 4% es específico para circuitos terminales. El límite global depende del punto de origen previsto en la norma.
Calcular únicamente el último tramo
La carga recibe el efecto acumulado de los alimentadores y del circuito terminal.
Tratar una tensión medida baja como prueba de un cable subdimensionado
El origen puede estar en la distribuidora, el transformador, las conexiones, un desequilibrio o eventos transitorios.
Ignorar el arranque de motores
Un circuito puede cumplir en régimen permanente y aun así presentar un desempeño inadecuado durante la aceleración.
Confiar en una calculadora sin comprobar las premisas
Las calculadoras en línea pueden adoptar resistividad, temperatura, factor de potencia o criterios de longitud diferentes de las condiciones reales.
¿Cómo documentar el cálculo en el proyecto eléctrico?
El resultado debe ser trazable. Para cada circuito relevante conviene registrar:
- identificación y origen;
- carga o cuadro alimentado;
- tensión y número de fases;
- corriente de diseño;
- longitud de cada tramo;
- material y sección;
- resistencia y reactancia adoptadas;
- factor de potencia;
- caída en voltios;
- caída porcentual del tramo;
- caída acumulada;
- límite adoptado;
- condición de arranque, cuando corresponda;
- fuente de los datos utilizados.
Esta información puede incluirse en el cuadro de cargas, la memoria de cálculo, las listas de circuitos y el diagrama unifilar.
El artículo Etapas de un Proyecto Eléctrico de Baja Tensión muestra cómo los cálculos se vinculan con los documentos del proyecto.
¿Cuándo no es suficiente un cálculo aislado?
Una verificación simple puede ser suficiente para un circuito claramente definido. Sin embargo, el análisis debe integrarse cuando existan:
- varios niveles de distribución;
- transformadores propios;
- generadores y UPS;
- motores de gran potencia;
- largas distancias;
- cables en paralelo;
- cargas no lineales;
- futuras ampliaciones;
- baja tensión medida en campo;
- necesidad de selectividad;
- procesos críticos.
En estas situaciones, el cálculo debe mantener coherencia con el dimensionamiento de cables, el cortocircuito, la protección, el arranque de motores, la calidad de energía y la capacidad de las fuentes.
El servicio de Proyecto Eléctrico de Baja Tensión consolida estas verificaciones en documentos ejecutivos y memorias de cálculo trazables.
La caída de tensión debe analizarse como parte del sistema.
En instalaciones con varios cuadros, fuentes alternativas, motores y procesos críticos, el análisis debe integrar cables, protección, selectividad, calidad de energía y condiciones operativas.
Conclusión
El cálculo de caída de tensión determina la diferencia entre la tensión en el origen y la tensión disponible en la carga. El resultado depende de la corriente, la longitud, la resistencia, la reactancia, el factor de potencia, la sección, el material y la temperatura de los conductores.
La fórmula debe corresponder al tipo de circuito. También es necesario sumar los distintos tramos y comparar la caída acumulada con los límites de la ABNT NBR 5410.
Más que cumplir un porcentaje máximo, el diseño debe garantizar un desempeño adecuado, reserva para ampliaciones y coherencia con las fuentes, los cables y las protecciones. En instalaciones industriales y críticas, reducir la caída también puede disminuir pérdidas y mejorar el coste operativo durante la vida útil.
Referencias técnicas
[1] ASOCIACIÓN BRASILEÑA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5410:2004 — Instalaciones eléctricas de baja tensión. Secciones consultadas: 6.2.6.1.2, 6.2.7, 6.5.1.2.1, 6.5.1.3.2 e 6.5.1.3.3. Rio de Janeiro: ABNT, 2004.
[2] ASOCIACIÓN BRASILEÑA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 16819:2020 — Instalaciones eléctricas de baja tensión — Eficiencia energética. Sección consultada: 6.5 — Pérdidas en los conductores. Rio de Janeiro: ABNT, 2020.
[3] Antes de aplicar la norma en un proyecto, confirme la edición vigente y las posibles enmiendas en el Catálogo oficial de ABNT.
Preguntas frecuentes
Defina la corriente de diseño, la longitud de ida, la resistencia y reactancia de los conductores, el factor de potencia y el tipo de circuito. Calcule la caída en voltios, convierta el resultado en porcentaje de la tensión nominal y compárelo con el límite aplicable.
Para un circuito con dos conductores activos puede utilizarse ΔV = 2 × L × I × (R × cosφ + X × senφ), con unidades coherentes y L representando la longitud de ida.
Para un circuito trifásico equilibrado puede utilizarse ΔV = √3 × L × I × (R × cosφ + X × senφ).
El límite global depende del origen considerado y puede ser del 5% o del 7%. En los circuitos terminales, la caída no puede superar el 4%.
En las fórmulas con factor 2 o √3, L representa la longitud física de ida. No debe duplicarse nuevamente el recorrido.
Sí. Modifica la relación entre las componentes resistiva y reactiva y también influye en la corriente necesaria para transportar una determinada potencia activa.
Solo cuando se demuestre que su influencia es pequeña. En alimentadores largos, cables de mayor sección y cargas con bajo factor de potencia, la reactancia puede ser relevante.
Sí. La resistencia de los metales aumenta con la temperatura, elevando la caída. Deben utilizarse datos compatibles con la condición de operación.
Divida el recorrido en tramos y calcule cada segmento con la corriente que efectivamente circula por él. La caída total es la suma de las caídas de los tramos.
No para la misma sección y condición. Los materiales tienen resistencias diferentes y requieren comparación con datos técnicos y secciones adecuadas.
Utilice la corriente y el factor de potencia correspondientes al arranque y considere la impedancia completa de la fuente y de los alimentadores, además del método y el tiempo de arranque.
No. La caída interna se debe a la corriente en los conductores. La subtensión puede originarse en la alimentación, transformadores, conexiones o carga y exige diagnosticar la causa.
Reduce la resistencia y normalmente reduce la caída, pero los cambios de arquitectura, tensión de distribución, ubicación de los cuadros o secuencia de cargas pueden ser más eficaces.
No. Es necesario comprobar premisas, unidades, temperatura, factor de potencia, reactancia, límites y datos del cable utilizado.
Porque la tensión disponible en la carga resulta de las pérdidas en todos los tramos anteriores, desde el punto de referencia hasta el equipo.
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