Cómo medir la caída de voltaje en cables de alimentación largos

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Trabajar con líneas largas de alimentación tiene truco: cuanto más se alarga el cable, más cae la tensión en el extremo. Esta “pérdida” ocurre por la resistencia e impedancia del conductor y, si no se controla, los equipos pueden rendir mal, calentarse o incluso fallar. Por suerte, medir y calcular la caída de voltaje es sencillo si sabes cómo enfocarlo y qué fórmulas usar.

En esta guía práctica vas a aprender a medir sobre el terreno con un multímetro y a estimar con fórmulas fiables en corriente continua, monofásica y trifásica. También verás límites reglamentarios (REBT), ejemplos reales con números, y decisiones de diseño para minimizar el problema. El objetivo: que tus cables largos suministren la tensión que tus cargas realmente necesitan.

Qué es la caída de voltaje y por qué importa

La caída de tensión es la reducción del potencial eléctrico a lo largo de un cable o componente por el que circula corriente. Es un fenómeno normal: todo conductor opone cierta resistencia y, en alterna, también reactancia. Cuanto mayor sea la resistencia/impedancia y la corriente, mayor será la caída.

Una caída elevada provoca efectos muy visibles: luces que se atenúan, motores que arrancan lentos o que se calientan, electrónica que se reinicia, etc. En instalaciones de baja tensión, incluso unas décimas de voltio pueden notarse. Por eso diseñar, medir y mantener la caída bajo control es clave para seguridad y eficiencia.

Hay ideas frecuentes que conviene desterrar: no, la caída no implica que el circuito esté averiado, y sí, también sucede en tramos “cortos” si el calibre es insuficiente o la corriente es alta. Subir “a ojo” la tensión de la fuente para compensar suele ser mala práctica, porque incrementa corriente, pérdidas y temperatura (consulta nuestra guía de fuentes de alimentación).

Fundamentos y fórmulas que realmente se usan

Empecemos por la base: en su forma más simple, la caída se rige por la Ley de Ohm. La relación esencial es ΔU = I · R, donde ΔU es la caída (V), I la corriente (A) y R la resistencia (Ω).

• ΔU: caída de tensión en voltios.
• I: corriente en amperios.
• R: resistencia del tramo en ohmios.

La resistencia de un conductor recto depende del material, la longitud y la sección: R = ρ · L / A. Aquí ρ es la resistividad del material, L la longitud y A la sección. Más largo y más fino implica más resistencia, y por tanto más caída. Este concepto se entiende bien con la analogía hidráulica.

Corriente continua (DC)

En DC usamos directamente ΔU = I · R. Ten presente que en un circuito típico hay ida y vuelta, por lo que a menudo se cuenta el doble de longitud de conductor (positivo y retorno) para el cálculo de línea. Si mides un solo polo, recuerda que la caída total incluye ambos conductores del lazo.

• Resistencia de línea: R_L = ρ · (2 · L) / A, si consideras ida y vuelta.
• Pérdida de potencia en cable: P_p = R_L · I².

Además, es habitual expresar la caída en porcentaje respecto a la tensión nominal: ΔU% = (ΔU / U_nom) · 100. Este valor ayuda a verificar límites reglamentarios o de fabricante.

Ejemplo rápido conceptual: si en una resistencia de línea calculas R = 5 Ω y la corriente es 10 A, la caída será ΔU = 10 · 5 = 50 V. Este tipo de ejemplo ilustra que la magnitud puede ser significativa incluso en cargas “normales”.

Corriente alterna (CA) monofásica

En CA la cosa se complica ligeramente porque interviene la impedancia Z, resultado de combinar la parte óhmica (R) con la reactiva (X). La reactancia puede ser inductiva (X_L) o capacitiva (X_C) y está relacionada con la potencia reactiva. En baja tensión suele predominar la inductiva y a menudo se desprecia la capacitiva para simplificar.

Para cálculos prácticos de porcentaje de caída en líneas de baja tensión se usa con frecuencia la forma con factor de potencia: ΔU% ≈ K · I · L · (r · cos φ + x · sin φ) / U, donde r y x son resistencia y reactancia lineales (Ω/km o Ω/m), φ es el desfase de la carga, L es la longitud y K es una constante según el sistema. Se utiliza cos φ para la componente óhmica y sin φ para la reactiva.

Redes trifásicas

En trifásica equilibrada, las tres fases llevan la misma corriente desfasada 120°, y la corriente por el neutro es despreciable. Por eso, la caída se refiere a tensión de línea y aparece el factor √3. La fórmula práctica incluye el término (r · cos φ + x · sin φ) y la referencia a tensión compuesta.

Importante: cuando se expresan resultados en porcentaje en trifásica de 400/230 V (o 380/220 V en notación clásica), hay factores constantes típicos en la literatura técnica (como 173 o 200 en función de la base de cálculo y unidades), siempre ligados a la tensión de referencia y a la conversión de unidades. Lo esencial: usar r y x del cable, la longitud real y el cos φ de la carga.

Factores que disparan (o reducen) la caída

Material del conductor: el cobre conduce mejor que el aluminio, así que a igualdad de sección la resistencia es menor. Hay tablas normalizadas y también valores típicos de conductividad utilizados por calculadoras técnicas. Valores orientativos de conductividad γ (m/Ω·mm²): cobre ≈ 48 a 70ºC y ≈ 44 a 90ºC; aluminio ≈ 30 a 70ºC y ≈ 28 a 90ºC.

Sección del cable: un cable “más gordo” (mayor mm²) reduce la resistencia. En AWG, cuanto menor es el número, mayor es el diámetro. Como regla empírica, bajar 6 calibres aproximadamente duplica el diámetro y bajar 3 calibres duplica el área.

Longitud del tendido: a más metros, más resistencia total. En DC hay que considerar ida y vuelta; en monofásica, fase y neutro; en trifásica equilibrada, cada fase respecto a la tensión de línea. Reducir recorrido o subir sección son las dos palancas principales.

Temperatura y agrupación: la resistencia sube con la temperatura y con el apilamiento de cables (peor disipación). Esto incrementa la caída y las pérdidas. Respetar la ampacidad y las condiciones de instalación es clave para no sobredimensionar “a ciegas”.

Límites reglamentarios habituales (REBT)

El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (ITC-BT-19) fija límites de caída desde el origen de la instalación hasta cualquier punto de utilización. En viviendas el tope es 3%, en otras instalaciones 3% para alumbrado y 5% para otros usos.

En instalaciones industriales alimentadas en AT con trafo propio, los límites habituales de referencia son 4,5% para alumbrado y 6,5% para fuerza. Estos números ayudan a decidir cuándo hay que aumentar sección o acortar tramos para cumplir normativa.

Cómo medir la caída de voltaje en cables de alimentación largos (en campo)

Con un multímetro digital fiable puedes medir la caída real bajo carga. Lo ideal es hacerlo con el circuito en su régimen normal (corriente real de trabajo). Medir en vacío suele infraestimar la caída porque casi no circula corriente, y en instalaciones críticas el uso de sistemas de alimentación ininterrumpida ayuda a mantener tensión durante pruebas y averías.

• 1) Seguridad primero: bloquea y etiqueta si procede. Asegúrate de que puedes medir sin riesgo. Usa EPI y sigue los procedimientos de tu instalación.
• 2) Mide tensión en la fuente: V_origen entre bornes de salida (fase-neutro o positivo-negativo).
• 3) Mide tensión en la carga: V_carga en los bornes de entrada de la carga, con el equipo encendido.
• 4) Calcula la caída: ΔU = V_origen − V_carga. Obtén el porcentaje: ΔU% = (ΔU / V_nominal) × 100.
• 5) Si el tendido está formado por tramos de distintos calibres, repite mediciones intermedias: así localizarás qué segmento aporta más caída. Esto es muy útil cuando solo vas a sustituir una parte del recorrido.

Consejo práctico: mide también la corriente real de la carga con una pinza amperimétrica homologada. Te permitirá contrastar los cálculos teóricos y ajustar la selección de sección. Si el cos φ es bajo, considera su corrección o tenlo en cuenta en los cálculos de CA.

Cálculos prácticos paso a paso y casos reales

Vamos con ejemplos completos para que veas números reales. En todos, fíjate en que la caída crece con corriente, longitud y resistencia/impedancia. Y observa cómo cambia el resultado al variar la sección o el material.

Ejemplo DC: 12 V, 12 A, 50 pies, cobre AWG 12

Datos: fuente 12 V CC, corriente 12 A, longitud 50 ft (15,24 m), cable cobre AWG 12, ida y vuelta. Resistividad del cobre ρ ≈ 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m. Área AWG 12 ≈ 3,31 × 10⁻6 m² (aprox.).

Cálculo de resistencia de línea (ida y vuelta): R ≈ ρ · (2 · L) / A = 1,68e−8 · (2 · 15,24) / 3,31e−6 ≈ 0,0777 Ω. Caída: ΔU = I · R = 12 · 0,0777 ≈ 0,932 V por tramo; ida y vuelta ≈ 1,865 V.

Porcentaje de caída: ΔU% ≈ 1,865 / 12 · 100 ≈ 15,5%. Pérdida de potencia: P_p = ΔU · I ≈ 1,865 · 12 ≈ 22,38 W. Conclusión: para 12 V, ese cable y esa distancia, conviene subir sección si quieres mantenerte por debajo del 5%.

Ejemplo CA trifásica en edificio (0,38 kV)

Tramo 1 (subestación B2F → cuadro de iluminación SOHO): U = 0,38 kV, I_g = 850 A, L = 0,200 km, cos φ = 0,85, r = 0,033 Ω/km, x = 0,020 Ω/km. Fórmula práctica: ΔU% ≈ (173/U) · I · L · (r · cos φ + x · sin φ).

Sustituyendo: ΔU% ≈ (173 / (0,38 · 1000)) · 850 · 0,2 · (0,033 · 0,85 + 0,020 · 0,53) ≈ 2,99%. El tramo es largo y con alta corriente: la reactancia ya tiene un papel apreciable.

Tramo 2 (cuadro general → cuadro de oficinas): U = 0,22 kV, I_g = 16 A, L = 0,050 km, S = 10 mm² (cobre), r = 2,25 Ω/km, x = 0,087 Ω/km, cos φ = 0,85. Con la misma estructura de fórmula: ΔU% ≈ 0,72%.

Tramo 3 (cuadro de oficinas → luminaria más alejada): U = 0,22 kV, I_g = 4,5 A, L = 0,020 km, S = 2,5 mm² (cobre), r = 8,97 Ω/km, x = 0,1 Ω/km, cos φ = 0,85. Resultado típico: ΔU% ≈ 0,59%.

Ejemplo de alumbrado público

Tramo 1 (subestación B2F → cuadro de alumbrado público): U = 0,38 kV, I_g = 129 A, L = 0,200 km, cable cobre 95 mm² pre-ramal, r = 0,229 Ω/km, x = 0,077 Ω/km, cos φ = 0,85. Resultado: ΔU% ≈ 2,76%.

Tramo 2 (cuadro de alumbrado → luminaria más alejada): U = 0,22 kV, I_g = 4,5 A, L = 0,030 km, cable 2,5 mm², r = 8,97 Ω/km, x = 0,1 Ω/km, cos φ = 0,85. Resultado: ΔU% ≈ 0,88%.

Caída total acumulada hasta la luminaria extrema ≈ 2,76% + 0,88% = 3,64%. Se mantiene por debajo del 5% que muchos pliegos admiten para alumbrado, y dentro de buenas prácticas.

Escenario real con motores de puertas correderas

Situación: un proyecto reubica tiradas que alimentan motores. La línea existente presenta ~4,9% de caída y se pretende acercar al 3%, pero sólo se va a sustituir una parte. ¿Se puede compensar subiendo sección solo en el tramo que se renueva?

En general, sí. La caída total es la suma de caídas por tramos: ΔU_total = I · (R₁ + R₂ + …) en DC/monofásica (considerando ida y vuelta). Si sustituyes R_k por otra resistencia menor (más sección o material con menor ρ), la caída baja. Para elegir sección del tramo nuevo, fija el objetivo ΔU% y despeja la resistencia máxima admisible en ese tramo.

• 1) Calcula o mide la corriente nominal del motor (y su cos φ si es CA).
• 2) Determina la caída objetivo total (p. ej., 3% de U).
• 3) Estima la caída de los tramos que no cambian (con sus longitudes y secciones actuales).
• 4) Asigna el margen restante de caída al tramo a sustituir y dimensiona su sección para que su R (o impedancia) cumpla.

Truco de campo: si dudas entre dos secciones, elige la mayor si el presupuesto lo permite. En motores, una caída menor mejora par de arranque y reduce calentamiento. Además, piensa en Futuro: ampliaciones o picos de corriente.

Herramientas útiles para medir y calcular

Calculadoras de caída de tensión: permiten introducir tipo de corriente (DC, monofásica, trifásica), tensión, material (cobre/aluminio), tipo de aislamiento (70ºC/90ºC), longitud, sección y carga (potencia o intensidad, con cos φ). Devuelven ΔU% y pérdidas P_p en W, y son estupendas para dimensionado preliminar.

Valores de conductividad por defecto (γ) típicos en calculadoras técnicas: cobre 70ºC ≈ 48 m/Ω·mm², cobre 90ºC ≈ 44; aluminio 70ºC ≈ 30, aluminio 90ºC ≈ 28. Puedes ajustarlos si conoces la temperatura real de operación.

Medición directa: multímetro y pinza amperimétrica para medir tensión en origen y en carga, y la corriente real. Si trabajas en alterna con cargas inductivas, anota también o estima el factor de potencia. El software de diseño eléctrico ayuda en redes complejas con reactancia y armónicos.

Selección de cable y decisiones de diseño

Calibre y material: para distancias largas, sube sección antes que subir tensión de fuente sin criterio. El cobre rinde mejor que el aluminio a igualdad de mm², aunque pesa y cuesta más. Evalúa coste total de propiedad: pérdidas, temperatura y futuras ampliaciones.

Distribución y layout: ubica cargas de alta demanda cerca de la fuente o de subcuadros intermedios para acortar recorridos. En tramos inevitablemente largos, plantéate subir tensión y bajar corriente si la aplicación lo permite. El cableado en paralelo en tramos concretos reduce resistencia equivalente.

Conexiones: bornes firmes, limpios y con el par de apriete adecuado evitan resistencias “ocultas” que arruinan el cálculo más fino. La corrosión y la sulfatación cuentan. Los conectores de calidad son inversión, no gasto.

Entorno: temperatura, agrupación, bandejas, tubos… todo influye en la ampacidad y, en consecuencia, en la caída. Consulta tablas de corrección y evita sobrecargas térmicas. Si la línea trabaja caliente, la resistencia sube y la caída también.

Mantenimiento y solución de problemas

Síntomas típicos: luces que se atenúan al conectar otras cargas, motores que no arrancan o se calientan, reinicios de equipos, zumbidos, cables calientes sin motivo aparente. Son señales de alerta de caída excesiva o conexiones defectuosas.

Diagnóstico básico: inspección visual (daños, empalmes, corrosión), medición de tensión en puntos clave, verificación de corriente y de calibración de protecciones. Revisa que la sección instalada corresponde a la del proyecto. Comprueba también cambios recientes que puedan haber alterado la carga.

Cuándo pedir ayuda profesional: ante caídas persistentes, equipos críticos, entornos industriales complejos o indicios de riesgo (olor a quemado, puntos calientes, aislamiento dañado). Un técnico cualificado garantizará cumplimiento de reglamentos y seguridad. Además, puede proponer compensación de reactiva o rediseño de tramos.

Notas específicas sobre fórmulas prácticas en CA

En baja tensión trifásica equilibrada es habitual emplear formulaciones compactas de ΔU% con constantes como 173 o 200 en el numerador, en función de si la base es 380/220 V, las unidades elegidas para U y L, y la referencia a tensión compuesta. Lo esencial es la coherencia de unidades (Ω/km, km, kV) y el uso de (r · cos φ + x · sin φ).

En la práctica de instalaciones BT, la componente capacitiva suele ser muy pequeña frente a la inductiva de los cables, por lo que X ≈ X_L es una aproximación razonable salvo en longitudes extremas o secciones muy grandes. Cuando la línea es muy larga, la reactancia puede dominar sobre la resistencia.

Recuerda: la potencia perdida en los cables se estima con P_p = R_L · I² por conductor. En monofásica se considera la contribución de fase y neutro; en trifásica, la pérdida total es la suma en cada fase. Más pérdidas significan menos eficiencia y más calor.

Por último, cuando trabajes con calculadoras, asegúrate de que la longitud introducida corresponde a la distancia de alimentación a carga (y si ya incluye el retorno o no, según la herramienta). Evitar malentendidos en ese punto te ahorra errores del 2×.

Medir, diagnosticar y calcular la caída de voltaje en tiradas largas resulta bastante directo: conoce tu corriente y factor de potencia, usa r y x del cable, contrasta con medición real y compáralo con límites REBT. Si la cifra no cuadra, acorta tramos cuando sea posible, incrementa sección donde más caída se concentra y cuida las conexiones.