La
caída de tensión es un fenómeno que se presenta en los conductores eléctricos cuando alimentan una carga a cierta distancia del punto de alimentación. Esto quiere decir que cuando se suministra energía eléctrica a una distancia considerable, la tensión en el punto de conexión de alimentación y la tensión en el punto de conexión en la carga son diferentes.
La
caída de tensión puede presentarse del
transformador a la vivienda, y en ésta, del punto más cercano al punto más alejado del
interruptor principal.
Una forma sencilla de determinar la caída es medir con un
multímetro la tensión en el contacto que esté más cerca del interruptor principal de una vivienda, y después hacer la misma medición en el contacto más alejado.
Notaremos que la tensión es mayor en el lugar más cercano al interruptor principal que en el más alejado. Hay que considerar que la tensión varía constantemente, por lo que a veces es necesario promediarla. Si sucede lo contrario, se debe a alguna equivocación en las lecturas o a una instalación incorrecta.
Si la diferencia es grande (10 ó 15 V), habrá problemas en los equipos o electrodomésticos que estén instalados; por el contrario, si la diferencia es pequeña (2 ó 3 V), la instalación será confiable y eficiente.
En las
instalaciones eléctricas residenciales bien hechas, la diferencia entre los voltajes no debe exceder los 2 ó 3 V desde la entrada de la vivienda hasta la última habitación. Habrá viviendas pequeñas en las que la tensión sea la misma en estos dos puntos. Actualmente, la compañía suministradora de electricidad debería proporcionar una tensión de alimentación de
120 V. En realidad esto no ocurre a menos que el
transformador que alimenta la zona esté frente a nuestra casa.
Este
transformador, que es el alimentador general para un conjunto de viviendas, regularmente se ubica a 10, 20, 30, 50, 80 ó más metros, por lo que se recurre a
líneas de distribución, aéreas o subterráneas, que llevan la energía eléctrica a todas las viviendas, utilizando conductores eléctricos colocados en postes, o bien, tuberías especiales de polietileno cuando las líneas de distribución son subterráneas en las grandes ciudades.
En cualquier caso hay conductores eléctricos que van del transformador a una vivienda.
Si la distancia entre el transformador y la vivienda es muy grande, el conductor utilizado para hacer llegar la energía eléctrica también será muy extenso así que existirá una mayor caída de tensión.
Todos los aparatos eléctricos están diseñados para funcionar a tensiones ligeramente inferiores o superiores a la que se especifica en la placa de datos.
Si un aparato estuviera conectado al contacto más alejado del interruptor principal de la vivienda con una tensión de 100 V, éste no funcionaría óptimamente; por ejemplo, si se tratara de una lámpara, la intensidad luminosa sería menor aunque no se percibiría a simple vista; si se tratara de un aparato que tuviera motor, el rendimiento de éste sería menor y podría incluso detenerse o
sobrecalentarse (esto se explicará más adelante); y si se tratara de una televisión tipo TRC, la imagen se reduciría en la pantalla.
Sin embargo, con las cargas eléctricas que realizan un trabajo, es decir, que necesitan cierta cantidad de energía entregada a la carga, la condición es especial. Por ejemplo, una cafetera eléctrica necesita cierta cantidad de energía para que el agua alcance el punto de ebullición en un tiempo determinado.
Si las especificaciones técnicas para una cafetera eléctrica son 127 V~ 1200 W de tensión y de potencia nominal respectivamente, el valor de la resistencia total del aparato se define de la siguiente manera:
Donde:
P= Potencia eléctrica en watts
E= Tensión eléctrica en volts
R= Resistencia
f.p.= Factor de potencia
Nota. El factor de potencia para elementos resistivos es la unidad.
Sustituyendo la corriente de la
ley de Ohm en la de
Watt, se tiene:
Despejando
R se obtiene:
Con los datos del ejemplo:
Una vez determinada la resistencia de la cafetera con base en los datos de placa (que según el fabricante son las condiciones óptimas de operación), comparemos la
potencia consumida con una tensión menor a la indicada en la placa de datos.
La potencia a 127 V es 1200 W.
Si tenemos una tensión real de 115 V, la potencia disminuye dado que
Lo cual nos indica que la potencia a 115 V es 18% menor que la potencia a 127 V. Esta reducción en la potencia debida a una tensión menor que la nominal repercutirá en un tiempo mayor de operación de la cafetera.
Retomando el tema del motor eléctrico, si tenemos un molino de café, la fuerza o torque necesarios para triturar determinada cantidad de grano depende directamente de la potencia eléctrica suministrada al motor.
La ley de Watt mencionada anteriormente fue
P = E x I x f.p. Para el torque del motor es
P = T x K donde:
P= Potencia en watts
E= Tensión en volts
I= Corriente en amperes
f .p. = factor de potencia
T= Torque o fuerza del motor en newton-metros [Nm]
K= Eficiencia del motor/9550
Igualando ambas expresiones tenemos la siguiente relación:
Por lo tanto el
torque es:
En este caso resulta evidente que la
fuerza del motor varía directamente con respecto a la
tensión E. Si la tensión es la nominal, se tendrá el torque nominal; si la tensión se reduce, el torque disminuye y la corriente demandada aumenta provocando calentamiento en los conductores de alimentación, los devanados del motor se sobrecalientan, es decir, el sistema eléctrico se vuelve inestable llegando al punto de accionar la protección contra
sobrecorriente. Si las protecciones no están bien dimensionadas o la coordinación de protecciones no es correcta, el sistema eléctrico puede llegar incluso a generar un incendio.
Cuando hay caídas de tensión importantes, se recomienda dimensionar nuevamente la instalación eléctrica antes de que ocurra un problema más grande.
Dos maneras de solucionar este problema son:
1. Cambiar los conductores por unos de mayor calibre.
2. Dividir la carga en varios circuitos.
Recuerda que la caída de tensión puede ser:
- Del transformador a la vivienda
- Del punto más cercano al punto más alejado del interruptor principal dentro de la vivienda, debido a que las longitudes del conductor se van incrementando.
En conclusión se puede decir que para una determinada corriente eléctrica, a mayor longitud del conductor, mayor resistencia, por lo tanto mayor caída de tensión.
