Calculadora de caída de tensión/Voltaje o regulación de tensión (Voltaje)

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Parámetros de la calculadora de caída de tensión (Voltaje)

  • Amperios (A): Se debe ingresar la corriente (Amperios) de la carga, si la potencia esta en kW, kVA o Hp se deberá convertir a amperios con alguna de las siguientes herramientas: kW a Amperios, kVA a Amperios, Hp a Amperios.
  • Voltaje nominal (V): Especifique el voltaje en voltios (V). La herramienta permite escoger entre varios valores estándares, sin embargo si el valor que requiere no se encuentra, debe escoger “Otro valor” y poner en la casilla el valor deseado.
  • Fases: En este ítem se debe ingresar el tipo de sistema de alimentación: Monofásico (1F- AC), Trifásico (3F-AC) o Corriente directa  o continua (DC).
  • Distancia (m, pies): Especifique la longitud estimada del cable en metros o pies.
  • Tamaño de cable (AWG): Seleccione un tamaño de cable eléctrico estándar en AWG (American Wire Gauge) o kcmil como se define en la NPFA 70/NEC/NTC2050 (Código eléctrico nacional).
  • Conductores en paralelo: Especifique la cantidad de conductores en paralelo. Tenga en cuenta que la NPFA 70/NEC/NTC2050 solo permiten conductores paralelos 1/0 AWG o mayores, salvo algunas excepciones. Si el circuito no tiene conductores en paralelo dejar en “1”.
  • Material del conductor: Escoger entre cobre y aluminio.
  • Material de la canalización: Escoger entre canalizaciones de PVC, Aluminio o Acero.

¿Qué es la caída de tensión (voltaje)?

La caída de tensión o voltaje es la pérdida de tensión/voltaje en un conductor debido a la resistencia eléctrica y la reactancia del mismo. Los problemas que resultan de una caída de tensión/voltaje son los siguientes:

  • Puede hacer que el equipo no funcione correctamente.
  • Reduce la energía potencial.
  • Resulta en una pérdida de energía.
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Por ejemplo, si suministra potencia a un calentador de 20 Ω desde un suministro de 120 V (F-N) y la resistencia del cable es de 2 Ω. Entonces la corriente será I = 120 V / (20 Ω + 2 Ω + 2 Ω) = 5A . (I=V/R).

La fuente ve una resistencia compuesta por 1 cable de alimentación (F), mas la resistencia del calentador, mas la resistencia del cable neutro (N) = (2Ω + 20Ω + 2 Ω).

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La caída de tensión en el cable será Voltaje= 5 A × (2 Ω+2 Ω) = 20 V (V=IxR) . Por lo tanto, solo 100 V estarán disponibles para su electrodoméstico.

Y la potencia desperdiciada en el cableado será: P = 20 V × 5 A = 100 W se desperdiciarán como calor en el cable.

¿Cómo calcular la caída de tensión/voltaje?

Las fórmulas de caída de tensión/voltaje para AC y DC se muestran a continuacion:

Formulas para calcular la caída de tensión 2

Dónde,

  • I: es la corriente de la carga en amperios (A).
  • L: es la distancia del cable en metros (m) o pies (ft).
  • Zc: es la impedancia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.
  • Rc: es la resistencia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.

La impedancia Zc en la calculadora de caída de voltaje se calcula como:

Formula calcular Z caída de tensión

Dónde,

  • Rc: es la resistencia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.
  • Xc: es la reactancia del cable en Ω / km o Ω / 1000 pies.

La fórmula anterior para Zc es para el peor de los casos. Que es cuando el factor de potencia del cable y la carga son el mismo.

En lugar de la impedancia en el peor de los casos, también puede calcular el factor de potencia combinado del cable y la carga. Sin embargo, la diferencia es insignificante y esto haría que el cálculo fuera demasiado complicado.

Por ejemplo, la impedancia calculada en el peor de los casos para un conductor número 10 es 1,2 Ω / 1000 pies. Y la impedancia para una carga con un factor de potencia de 0,85 es 1,1 Ω / 1000 pies. Como se puede ver la diferencia es muy pequeña.

Esta calculadora de caída de tensión/voltaje usa los valores de resistencia Rc y reactancia Xc de la Tabla 9 en el capítulo 9 del NEC/NFPA70/NTC2050 para cálculos de AC y DC. Y también usamos los valores de la Tabla 8 para conductores que no se encuentran en la tabla 9.

Tabla 9 NEC/NFPA70/NTC2050
Tabla 9, capitulo 9 NEC/NFPA70/NTC2050
Tabla 8, NEC/NFPA70/NTC2050
Tabla 8, NEC/NFPA70/NTC2050

En teoría, los valores de la Tabla 8 deben usarse para los cálculos de caída de voltaje de DC. Sin embargo, la diferencia es insignificante.

Comparativo de caídas de voltaje con la tabla 9 vs tabla 8 de la NEC/NFPA70/NTC2050, en cables “pequeños”

Cobre Tabla 9
PVC 10AWG
R 1,2
distancia 100
Corriente 15
caída tensión 3,60
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Cobre Tabla 9
Acero 10AWG
R 1,2
distancia 100
Corriente 15
caída tensión 3,60
Aluminio Tabla 9
Acero 10AWG
R 2
distancia 100
Corriente 15
caída tensión 6,00
Cobre Tabla 8
Acero 10AWG
R 1,24
distancia 100
Corriente 15
caída tensión 3,72

Como se puede observar en la anterior tabla para conductores de calibres “bajos”, la diferencia entre los cálculos de la tabla 8 y 9 para el cobre es muy pequeño, incluso para canalizaciones de diferentes materiales, solo existe una diferencia marcada cuando se cambia el cobre por el aluminio.

Comparativo de caídas de voltaje con la tabla 9 vs tabla 8 de la NEC/NFPA70/NTC2050, en cables “grandes”

Cobre Tabla 9
PVC 500kcmil
R 0,027
X 0,039
Z 0,047
distancia 100
Corriente 200
caída tensión 1,90
Cobre Tabla 9
Acero 500kcmil
R 0,032
X 0,048
Z 0,058
distancia 100
Corriente 200
caída tensión 2,31
Aluminio Tabla 9
Acero 500kcmil
R 0,048
X 0,048
Z 0,068
distancia 100
Corriente 200
caída tensión 2,72
Cobre Tabla 8
Acero 500kcmil
R 0,0258
X
Z 0,026
distancia 100
Corriente 200
caída tensión 1,03

Como se puede ver en la anterior tabla la diferencia entre la los cálculos es notable por ello es necesario tener en cuenta para calibres “Altos”, todos los parámetros de posibles, como materiales del cable, materiales de las canalizaciones etc.

A continuación, se muestran dos ejemplos de diferencias entre cálculos con la tabla 9 y tabla 8 de la NEC/NFPA70/NTC2050

Ejemplo 1: La resistencia de AC en la Tabla 9 para un conductor número 10 es 1.2Ω / 1000ft. La resistencia de DC en la Tabla 8 es de 1,24 Ω / 1000 pies. Esa es solo una diferencia de resistencia del 3%. La caída de voltaje real será del 3,09% en lugar del 3%. Es decir, con una diferencia muy baja.

Ejemplo 2: La resistencia de AC en la Tabla 9 para un conductor número 12 es 2.0 Ω / 1000 pies. La resistencia de DC de la Tabla 8 es 1,98 Ω / 1000 pies. Esa es solo una diferencia del 1% en la resistencia. La caída de voltaje real será del 2,97% en lugar del 3%. Es decir, con una diferencia despreciable.

¿Cuál es la caída de voltaje permitida?

NFPA/NFPA70/NTC2050 recomienda la siguientes caídas de voltaje según las  notas de letra pequeña de los artículos 210.19 (A) y 215.2 (A).

Circuitos ramales 3%
Circuito ramales +  alimentadores, combinados 5%

En términos simples, la caída de tensión/voltaje total máxima permitida en una tomacorriente o salida es de máximo 5% .

Se debe tener presente que las notas de letra pequeña en el NEC/NFPA70/NTC2050 son solo para fines informativos y la autoridad de inspección no puede hacerlas cumplir [90-5 (c)]. Sin embargo, la Sección 110-3 (b) requiere que el equipo se instale de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Por lo tanto, el equipo eléctrico debe instalarse de manera que funcione dentro del voltaje nominal especificado por este.

Diseño eléctrico - herramientas de software y estándares IEEE

Ejemplos de cálculo de caída de tensión/voltaje

Ejemplo 1: Ejemplo de cálculo de caída de voltaje para una carga monofásica de 120 V AC residencial

Calcule la caída de voltaje para la siguiente carga:

Voltaje 120 VAC, monofásico
Carga 15 A
Distancia 100 pies
Tamaño del conductor 10 AWG
Material del conductor Cobre
Material de la canalización Acero

Los valores de resistencia y reactancia del NEC para un conductor de 10 AWG son:

  • c = 3,9 Ω / km o 1,2 Ω / 1000 pies
  • c = 0,164 Ω / km o 0,05 Ω / 1000 pies

La impedancia se calcula como:CAlculo de impedanciaLa caída de voltaje se calcula como:CAlculo de caída de tensión ejemploLa caída de voltaje porcentual se calcula como:

Porcentaje de caida de tension

Ejemplo 2: Ejemplo de cálculo de caída de tensión para un motor industrial trifásico de 480 VCA

Calcule la caída de voltaje para la siguiente carga:

Voltaje 480 VCA, trifásico
Carga Motor de 25 hp, pf 0.86.
Corriente a plena carga: 26 A
Eficiencia ignorada
Distancia 300 pies
Tamaño del conductor 8 AWG
Material del conductor Cobre
Material de la canalización PVC

Los valores de resistencia y reactancia del NEC para un conductor de 8 AWG son:

  • c = 2,56 Ω / km o 0,78 Ω / 1000 pies
  • c = 0,171 Ω / km o 0,052 Ω / 1000 pies

La impedancia se calcula como:CAlculo de impedancia ejemplo 2

La caída de voltaje se calcula como:CAida de tension ejemplo 2La caída de voltaje porcentual se calcula como:Porcentaje de caida de tension ejemplo 2

Ejemplo 3: ejemplo de cálculo de caída de tensión para una carga de 12 V DC

Calcule la caída de voltaje para la siguiente carga:

Voltaje 12 V DC
Carga 1 A
Distancia 80 pies
Tamaño del conductor 12 AWG
Material del conductor Cobre
Material de la canalización Aluminio

Los valores de resistencia del NEC para un conductor de 12 AWG son:

  • c = 6,6 Ω / km o 2,0 Ω / 1000 pies

Tenga en cuenta que la reactancia no es aplicable en circuitos de DC.

Se utilizan los valores de resistencia de la Tabla 9 (AC) en el NEC, en lugar de los valores de resistencia de la Tabla 8 (DC). La diferencia es insignificante.

La caída de voltaje se calcula como:CAida de tension ejemplo 3La caída de voltaje porcentual se calcula como:

Porcentaje de caida de tension ejemplo 3

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