Calculadora de caída de tensión (NEC)

¿Qué es una calculadora de caída de tensión?

Una calculadora de caída de tensión indica cuántos voltios pierde un circuito en su recorrido desde el cuadro hasta la carga. Ningún conductor es perfecto: cada metro de cable tiene resistencia, y hacer pasar corriente por esa resistencia consume una parte de la tensión de alimentación en forma de calor. Cuando la electricidad llega al extremo de un tramo largo, el motor, la luminaria o el receptáculo pueden estar recibiendo bastante menos tensión de la que entrega el interruptor.

Esta herramienta aplica la aproximación estándar que usan los electricistas en obra. Eliges el sistema (CC, CA monofásica o CA trifásica), el material del conductor, el calibre en AWG, la longitud de ida del tramo, la corriente de carga y la tensión de la fuente. Devuelve los voltios perdidos, esa pérdida como porcentaje de la alimentación, la tensión que llega realmente a la carga y un veredicto claro sobre si el tramo cumple el límite recomendado.

Por qué importa la caída de tensión

Una caída de tensión excesiva no es, en la mayoría de los casos, una infracción del código: es un problema de rendimiento y eficiencia, y el National Electrical Code (NEC) la trata en notas informativas y no en reglas obligatorias. Las consecuencias son reales de todos modos:

• Los motores se calientan. Un motor de inducción con poca tensión consume más corriente para dar el mismo par, lo que calienta los devanados y acorta su vida.
• Las luces se atenúan y parpadean. La emisión de las incandescentes cae bruscamente con la tensión, y los drivers LED pueden comportarse de forma errática en el extremo bajo.
• Los calefactores rinden menos. El calor de una resistencia varía con el cuadrado de la tensión, así que una pérdida del 5% cuesta casi el 10% del calor.
• Se desperdicia energía. Los voltios perdidos se disipan como calor en el propio cable: los pagas y calientan tus paredes en lugar de tu carga.

La guía del NEC (en las notas informativas de 210.19(A) y 215.2(A)) es mantener la caída en el 3% o menos en un circuito ramal, y no más del 5% total entre el alimentador y el circuito ramal juntos. Esta calculadora compara tu tramo con ese objetivo del 3%.

¿Cómo funciona la calculadora?

El cálculo se basa en la forma en mils circulares de la ley de Ohm, usando las propiedades de los conductores publicadas en la tabla 8 del capítulo 9 del NEC.

Resistividad del conductor. La constante $K$ es la resistencia de un mil circular de conductor, de un pie de largo, expresada en ohmios-mil circular por pie:

La $K$ del aluminio es un 64% más alta que la del cobre, y por eso un tramo de aluminio del mismo calibre pierde bastante más tensión.

Área del conductor. Cada calibre AWG tiene un área de sección fija en mils circulares ($CM$), también de la tabla 8: por ejemplo, 12 AWG son $6{,}530$ CM y 8 AWG son $16{,}510$ CM. Un número mayor significa cable más grueso, menos resistencia y menos caída.

Caída de tensión, CC y CA monofásica. La corriente tiene que ir hasta la carga y volver por el neutro, así que la longitud del conductor cuenta dos veces:

Caída de tensión, CA trifásica. En un sistema trifásico equilibrado las corrientes de retorno se cancelan parcialmente, por lo que el multiplicador es $\sqrt{3} \approx 1.732$ en lugar de 2:

Aquí $I$ es la corriente de carga en A y $L$ es la longitud de ida del tramo en ft (introdúcela en m si lo prefieres: la calculadora convierte por ti).

Caída porcentual y tensión en la carga. La caída se compara luego con la alimentación y se resta de ella:

Ejemplo resuelto

Un circuito ramal monofásico de 20 A está cableado con cobre de 12 AWG y recorre 100 ft (30.48 m) de ida desde un cuadro de 120 V.

• 12 AWG tiene un área de $6{,}530$ CM, y la constante del cobre es $K = 12.9$.
• Es monofásico, así que el multiplicador es 2:

• Como porcentaje de la alimentación:

• Tensión que llega a la carga:

Con un 6.58%, la caída supera con creces el doble del 3% recomendado, así que este tramo no cumple el objetivo: la carga solo ve 112.10 V.

Solucionarlo aumentando el calibre

Deja todo igual pero tiende cobre de 8 AWG ($16{,}510$ CM):

Eso es un 2.60% de 120 V y deja 116.87 V en la carga, holgadamente dentro del objetivo del 3%. Subir dos calibres recupera casi 5 V.

Notas prácticas

• Introduce la distancia de ida, no la de ida y vuelta. La fórmula ya duplica la longitud en circuitos de CC y monofásicos. Medir el cable tal como se tiende realmente —subiendo paredes, siguiendo vigas, rodeando obstáculos— importa más que la distancia en línea recta entre el cuadro y la carga.
• El multiplicador es toda la diferencia entre sistemas. CC y monofásica usan 2 porque la corriente hace un recorrido completo de ida y vuelta por dos conductores. La trifásica equilibrada usa 1.732 porque las tres corrientes de línea están desfasadas 120° y se cancelan parcialmente en el retorno.
• Esta es la aproximación clásica del NEC. Usa solo la resistencia en CC e ignora la reactancia del conductor, el aumento de temperatura y el factor de potencia. Es suficientemente precisa para la gran mayoría de circuitos ramales y alimentadores cortos. Para tramos largos, conductores grandes o un factor de potencia bajo, usa los valores de impedancia en CA de la tabla 9 del capítulo 9 del NEC. Trata este resultado como una estimación sólida de diseño, no como sustituto de un estudio de ingeniería.
• El aluminio necesita unos dos calibres más para igualar al cobre. Como $K$ vale 21.2 en lugar de 12.9, el aluminio pierde un 64% más de tensión con el mismo calibre y corriente: tenlo en cuenta antes de cambiar de material para ahorrar dinero.
• Caída de tensión y ampacidad son cuestiones distintas. Un cable puede ser perfectamente legal para la corriente que transporta y aun así perder demasiada tensión en un tramo largo. Dimensiona primero por ampacidad con una calculadora de la ley de Ohm y una calculadora de vatios a amperios, luego comprueba la caída de tensión y sube de calibre si hace falta. Una vez fijado el calibre, confirma que los cables caben en el conducto con una calculadora de relleno de conducto.

Preguntas frecuentes

¿El 3% es un límite legal? No. En el NEC aparece como nota informativa: una guía, no una regla exigible. Las enmiendas locales, los requisitos de la compañía eléctrica o un equipo concreto pueden imponer un límite más estricto, y algunas jurisdicciones sí lo hacen vinculante. Diseña al 3% en el circuito ramal y al 5% en total y satisfarás a casi todos.

¿Por qué la longitud cuenta dos veces? La corriente tiene que cerrar el circuito. En un tramo de 100 ft de ida, la electricidad recorre 100 ft por el conductor activo y 100 ft de vuelta por el neutro: 200 ft de resistencia en total. El factor 2 de la fórmula lo tiene en cuenta automáticamente, por eso solo introduces la distancia de ida.

¿Qué es un mil circular? Es el área de un círculo de un mil (una milésima de pulgada) de diámetro. Las tablas de conductores lo usan porque el área en mils circulares es simplemente el diámetro en mils elevado al cuadrado —sin necesidad de $\pi$—, lo que facilita comparar conductores.

¿Cómo reduzco una caída excesiva? Por orden de practicidad: usar un conductor mayor (la solución más habitual), acortar el tramo, repartir la carga entre dos circuitos o subir la tensión de alimentación: un circuito de 240 V que transporta la misma potencia consume la mitad de corriente y, por tanto, pierde la mitad de voltios.