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Calculadora de caída de tensión

Por Andrew ·

Respuesta rápida

La caída de tensión monofásica es 2 × K × I × L ÷ CM: K vale 12.9 en cobre o 21.2 en aluminio, I es la corriente, L el largo de ida en pies y CM los circular mils del cable; en trifásico, 1.732 en vez de 2. Con 20 A a 100 pies, cobre calibre 12 a 120 V pierde 7.9 V (6.6%) y 8 AWG queda dentro del 3%.

Calculadora

Resultados
Caída de tensión
7.9 V
Caída en porcentaje
6.6%
Tensión en la carga
112.1 V
Cable más delgado para 3% de caída
8 AWG

La fórmula del factor K, con K = 12.9 para cobre y 21.2 para aluminio y las áreas del NEC, capítulo 9, tabla 8. No toma en cuenta la reactancia, que pesa en cables gruesos y recorridos largos.

La fórmula del factor K

caída = 2 × K × I × L ÷ CM
Monofásico. El 2 cuenta el cable de ida y el de vuelta, así que L es el largo de ida.
caída = 1.732 × K × I × L ÷ CM
Trifásico, entre fases. 1.732 es √3.
  • K es la resistencia en ohms de un cable de un circular mil de área y un pie de largo: cerca de 12.9 para cobre y 21.2 para aluminio, sacada de las resistencias de la tabla 8 del capítulo 9 a 75 °C.
  • I es la corriente de la carga, en amperes.
  • L es el largo de ida, de la fuente a la carga, en pies, medido por la ruta que sigue el cable.
  • CM es el área del cable en circular mils, de la tabla 8 del capítulo 9.
Capítulo 9, tabla 8: área en circular mils
CalibreCircular mils
14 AWG4,110
12 AWG6,530
10 AWG10,380
8 AWG16,510
6 AWG26,240
4 AWG41,740
3 AWG52,620
2 AWG66,360
1 AWG83,690
1/0 AWG105,600
2/0 AWG133,100
3/0 AWG167,800
4/0 AWG211,600

Un calibre en kcmil es su número en miles: 250 kcmil son 250,000 circular mils. Divide la caída entre la tensión de alimentación para sacar el porcentaje.

Ejemplo resuelto: 20 A a 100 pies

120 V, 20 A, 100 pies de ida, cobre calibre 12
Sistema
Monofásico, 120 V
Corriente de la carga
20 A
Largo de ida
100 pies
Cable
cobre calibre 12, 6,530 CM
Caída de tensión
2 × 12.9 × 20 × 100 ÷ 6,530 = 7.9 V
Caída en porcentaje
7.9 V ÷ 120 V = 6.6%
Tensión en la carga
112.1 V
Cable más delgado para 3%
8 AWG

Para encontrar el cable para una caída dada, despeja los circular mils de la fórmula.

CM = 2 × K × I × L ÷ volts permitidos
El 3% de 120 V son 3.6 V, así que CM = 2 × 12.9 × 20 × 100 ÷ 3.6 = 14,333. El calibre 10 (10,380 CM) se queda corto; el 8 AWG (16,510 CM) es el primero que lo supera.

Comprobado al revés: en este circuito, con calibre 10 la caída es de 4.97 V (4.1%) y con 8 AWG es de 3.13 V (2.6%).

Trifásico, y cobre contra aluminio

208 V trifásico, 40 A, 150 pies, cobre calibre 8
Sistema
Trifásico, 208 V
Corriente de la carga
40 A
Largo de ida
150 pies
Cable
cobre calibre 8, 16,510 CM
Caída de tensión
1.732 × 12.9 × 40 × 150 ÷ 16,510 = 8.12 V
Caída en porcentaje
8.12 V ÷ 208 V = 3.9%
Tensión en la carga
199.88 V
Cable más delgado para 3%
6 AWG, con una caída de 5.11 V (2.5%)

En trifásico el porcentaje es sobre la tensión entre fases, aquí 208 V.

Una carga de 60 A a 240 V y 200 pies, en cobre o aluminio
Sistema
Monofásico, 240 V
Corriente de la carga
60 A
Largo de ida
200 pies
Cobre calibre 6
11.8 V, 4.9%
Aluminio calibre 4
12.19 V, 5.1%
Cobre más delgado para 3%
3 AWG
Aluminio más delgado para 3%
1 AWG

La K del aluminio es cerca de 64% mayor que la del cobre, así que para la misma caída hace falta un cable unos dos calibres más grueso.

El 3% y el 5% son recomendaciones

Las cifras que todos citan vienen de notas informativas del NEC: en 210.19(A) para circuitos derivados y en 215.2(A) para alimentadores. Sugieren no pasar de 3% en un circuito derivado o un alimentador, ni de 5% entre el alimentador y el circuito derivado juntos, para una eficiencia de operación razonable.

Las notas informativas no son obligatorias, así que para circuitos comunes el NEC no fija un límite de caída de tensión. Algunos artículos específicos, las especificaciones de los ingenieros y las reglas locales sí lo fijan, y la autoridad con jurisdicción (AHJ) tiene la última palabra.

Cable de cobre más delgado para 3% de caída a 120 V, monofásico
Largo de idaCarga de 15 ACarga de 20 A
50 pies12 AWG10 AWG
75 pies10 AWG8 AWG
100 pies8 AWG8 AWG
150 pies8 AWG6 AWG
200 pies6 AWG4 AWG

Dónde se queda corta la fórmula

  • Usa la resistencia en corriente directa y no toma en cuenta la reactancia. En conductores grandes, alimentadores largos y cargas con factor de potencia bajo, como los motores, la caída real puede ser bastante distinta, y un cálculo en corriente alterna que incluya la reactancia es más exacto.
  • K es para cable a 75 °C. Un cable con poca carga trabaja más frío y su caída es un poco menor, así que el resultado queda del lado conservador.
  • L es el largo de ida. No lo dupliques: el 2, o el 1.732, ya toma en cuenta el regreso.
  • Usa la corriente que de verdad consume la carga. Si usas la capacidad del breaker, el resultado queda conservador.
  • Un motor consume varias veces su corriente de trabajo mientras arranca, así que la caída en el arranque es mucho mayor que la de régimen.

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Preguntas comunes

¿Cuál es la caída de tensión máxima que permite el NEC?

Para circuitos derivados y alimentadores comunes no hay un máximo obligatorio. Las notas informativas de 210.19(A) y 215.2(A) recomiendan 3% para un circuito derivado o un alimentador y 5% para los dos juntos; algunos artículos específicos, especificaciones de obra y reglas locales sí fijan límites.

¿Qué calibre necesito para 20 amperes a 100 pies?

Para una caída de 3% a 120 V en cobre, 8 AWG, con una caída de 3.13 V. A 240 V basta con 10 AWG. Nunca puede ser más delgado de lo que pide la ampacidad del circuito, que es calibre 12 de cobre para un circuito común de 20 A.

¿Cómo se calcula la caída de tensión?

Multiplica 2 × K × amperes × pies de ida y divide entre los circular mils del cable, con K = 12.9 para cobre o 21.2 para aluminio. En trifásico usa 1.732 en lugar de 2, y divide la caída entre la tensión de alimentación para sacar el porcentaje.

¿La caída de tensión se calcula con el largo de ida o de ida y vuelta?

Ingresa el largo de ida, de la fuente a la carga. El 2 de la fórmula monofásica, o el 1.732 en trifásico, ya toma en cuenta el regreso.

¿Qué es K en la fórmula de caída de tensión?

K es la resistencia de un conductor de un circular mil de área y un pie de largo: cerca de 12.9 ohms para cobre y 21.2 ohms para aluminio a 75 °C, sacada de las resistencias de la tabla 8 del capítulo 9.