Respuesta Rápida: Monofásico: CV = 2×K×I×D / CM | Trifásico: CV = 1,732×K×I×D / CM (K = 12,9 Cu, 21,2 Al; D = distancia en un sentido en pies; CM = miles circulares). Objetivos NEC: circuito derivado ≤3%, alimentador ≤3%, total ≤5% (Notas Informativas — NEC 210.19/215.2). Ejemplo: 20A en 12 AWG Cu (CM=6.530), 75 ft → CV = (2×12,9×20×75)/6.530 = 5,93V = 4,9% — supera el límite; aumentar a 10 AWG (CM=10.380) → 3,1% ✓. → Calculadora Caída de Voltaje
Referencia Rápida de Fórmulas
| Tipo de Circuito | Fórmula CM | Fórmula de Resistencia |
|---|---|---|
| Monofásico | CV = 2×K×I×D / CM | CV = 2×I×R×L |
| Trifásico | CV = 1,732×K×I×D / CM | CV = 1,732×I×R×L |
| Despejar CM | CM = 2×K×I×D / CV_máx | CM = 1,732×K×I×D / CV_máx |
Donde K = 12,9 (cobre a 75°C), 21,2 (aluminio a 75°C); D = longitud del conductor en un sentido (pies); CM = sección transversal en miles circulares.
Guías NEC de Caída de Voltaje
Caída de Voltaje Máxima Recomendada
| Aplicación | Circuito Derivado | Alimentador | Total (Alimentador + Derivado) |
|---|---|---|---|
| Recomendación NEC | 3% máx | 3% máx | 5% máx |
| Equipo Sensible | 2% máx | 2% máx | 3% máx |
| Circuitos Motor | 3% máx | 3% máx | 5% máx |
Nota: NEC 210.19(A) y 215.2(A) Notas Informativas recomiendan estos límites para "eficiencia razonable de operación."
Voltaje en la Carga
V_carga = V_fuente - V_caída
Ejemplo: Fuente 120V, caída 3%
V_caída = 120V × 0.03 = 3.6V
V_carga = 120V - 3.6V = 116.4V
Fórmulas Caída Voltaje Monofásico
Fórmula Estándar
V_caída = 2 × I × R × L
Donde:
- V_caída = Caída de voltaje (Voltios)
- I = Corriente (Amperios)
- R = Resistencia por unidad de longitud (Ohms/metro)
- L = Longitud de ida del conductor (metros)
- 2 = Factor para ida y vuelta
Usando Circular Mils
V_caída = (2 × K × I × D) / CM
Donde:
- K = Constante de resistividad (12.9 para cobre, 21.2 para aluminio)
- I = Corriente (Amperios)
- D = Distancia de ida (pies)
- CM = Área del cable en circular mils
Porcentaje de Caída
V_caída (%) = (V_caída / V_fuente) × 100
Fórmulas Caída Voltaje Trifásico
Fórmula Estándar
V_caída = √3 × I × R × L
O equivalente:
V_caída = 1.732 × I × R × L
Usando Circular Mils
V_caída = (1.732 × K × I × D) / CM
Porcentaje Trifásico
V_caída (%) = (V_caída / V_L-L) × 100
Referencia Resistencia de Cables
Resistencia Cable Cobre (Ohms por 1000 pies)
| AWG | Resistencia DC | AWG | Resistencia DC |
|---|---|---|---|
| 14 | 3.14 Ω | 2 | 0.194 Ω |
| 12 | 1.98 Ω | 1 | 0.154 Ω |
| 10 | 1.24 Ω | 1/0 | 0.122 Ω |
| 8 | 0.778 Ω | 2/0 | 0.0967 Ω |
| 6 | 0.491 Ω | 3/0 | 0.0766 Ω |
| 4 | 0.308 Ω | 4/0 | 0.0608 Ω |
| 3 | 0.245 Ω | 250 kcmil | 0.0515 Ω |
Áreas en Circular Mils
| AWG | Circular Mils | AWG | Circular Mils |
|---|---|---|---|
| 14 | 4,110 | 2 | 66,360 |
| 12 | 6,530 | 1 | 83,690 |
| 10 | 10,380 | 1/0 | 105,600 |
| 8 | 16,510 | 2/0 | 133,100 |
| 6 | 26,240 | 3/0 | 167,800 |
| 4 | 41,740 | 4/0 | 211,600 |
Tablas de Distancia Máxima
Monofásico 120V (3% Caída, Cobre)
| Carga (A) | 14 AWG | 12 AWG | 10 AWG | 8 AWG | 6 AWG |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 14 m | 21 m | 35 m | 55 m | 88 m |
| 15 | 9 m | 14 m | 23 m | 37 m | 58 m |
| 20 | 7 m | 11 m | 17 m | 27 m | 44 m |
| 25 | — | 9 m | 14 m | 21 m | 35 m |
| 30 | — | — | 12 m | 18 m | 29 m |
Monofásico 240V (3% Caída, Cobre)
| Carga (A) | 14 AWG | 12 AWG | 10 AWG | 8 AWG | 6 AWG |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 27 m | 43 m | 70 m | 110 m | 177 m |
| 15 | 18 m | 27 m | 46 m | 73 m | 117 m |
| 20 | 14 m | 21 m | 35 m | 55 m | 88 m |
| 30 | — | — | 23 m | 37 m | 58 m |
| 40 | — | — | — | 27 m | 44 m |
Trifásico 480V (3% Caída, Cobre)
| Carga (A) | 10 AWG | 8 AWG | 6 AWG | 4 AWG | 2 AWG |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 53 m | 85 m | 134 m | 213 m | 340 m |
| 30 | 35 m | 56 m | 90 m | 142 m | 227 m |
| 50 | 21 m | 34 m | 53 m | 85 m | 136 m |
| 75 | — | 23 m | 37 m | 56 m | 90 m |
| 100 | — | — | 27 m | 43 m | 69 m |
Ejemplos Resueltos
Ejemplo 1: Monofásico Residencial
Dado: Carga 20A, 120V, 23 metros de ida, cable cobre
Encontrar: Calibre requerido para 3% máx caída
Solución:
- Calcular caída permitida:
V_caída (máx) = 120V × 0.03 = 3.6V
- Usando resistencia conocida de 12 AWG (1.98 Ω/1000ft = 6.5 mΩ/m):
V_caída = 2 × 20A × 0.0065Ω/m × 23m = 5.98V (5.0%) - muy alto
- Probar 10 AWG (1.24 Ω/1000ft = 4.07 mΩ/m):
V_caída = 2 × 20A × 0.00407Ω/m × 23m = 3.74V (3.1%)
Respuesta: Use 10 AWG cobre
Ejemplo 2: Trifásico Industrial
Dado: Carga 100A, 480V, 60 metros, cobre
Encontrar: Calibre para 3% máx caída
Solución:
- Caída permitida:
V_caída (máx) = 480V × 0.03 = 14.4V
- Calcular resistencia máxima permitida:
R = V_caída / (√3 × I × L)
R = 14.4 / (1.732 × 100 × 60)
R = 1.39 mΩ/m o 0.42 Ω/1000ft
- De tabla: 2 AWG = 0.194 Ω/1000ft ✓
Respuesta: Use 2 AWG cobre
Ejemplo 3: Alimentador Motor Larga Distancia
Dado: Motor 50 HP, 480V trifásico, 150 metros
Encontrar: Calibre para 3% caída
Solución:
- FLC motor (de tabla NEC): 65A
- Caída permitida: 480V × 0.03 = 14.4V
- Resistencia requerida:
R = 14.4 / (1.732 × 65 × 150) = 0.85 mΩ/m
- Seleccionar: 1/0 AWG o mayor para arranque motor
Factores que Afectan Caída de Voltaje
Corrección por Temperatura
La resistencia aumenta con temperatura:
R_T = R_25 × [1 + α × (T - 25)]
Donde:
- R_25 = Resistencia a 25°C
- α = Coeficiente temperatura (0.00393 para cobre)
- T = Temperatura operación (°C)
Efecto Factor de Potencia
Para circuitos AC con reactancia significativa:
V_caída = I × L × (R × cos(θ) + X × sen(θ))
Material del Conductor
| Material | Factor K | Resistencia Relativa |
|---|---|---|
| Cobre | 12.9 | 1.00 (base) |
| Aluminio | 21.2 | 1.64× cobre |
Errores Comunes a Evitar
| Error | Por Qué Está Mal | Enfoque Correcto |
|---|---|---|
| Usar distancia ida para monofásico | No incluye retorno | Usar factor 2×L |
| Ignorar factor √3 trifásico | Resultado errado 15% | Usar factor 1.732 |
| Usar resistencia DC para AC | Ignora efecto piel | Usar tablas resistencia AC |
| Verificar solo capacidad, no caída | Puede seguir subdimensionado | Verificar ambos requisitos |
Calculadoras Relacionadas
| Calculadora | Usar Cuando... |
|---|---|
| Calculadora Caída Voltaje | Cálculos rápidos dimensionamiento |
| Calculadora Calibre Cable | Selección completa cable |
| Calculadora Llenado Conducto | Selección tamaño conducto |
| Calculadora Circuito Motor | Dimensionamiento alimentador motor |
Resumen
Fórmulas Clave:
- Monofásico: V_caída = 2 × I × R × L
- Trifásico: V_caída = √3 × I × R × L
Recomendaciones NEC:
- Circuito derivado: 3% máx
- Alimentador: 3% máx
- Total: 5% máx
Factores K:
- Cobre: 12.9
- Aluminio: 21.2
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la caída de voltaje aceptable según NEC?
NEC recomienda (pero no requiere) máximo 3% de caída para circuitos derivados y alimentadores, con 5% total desde fuente a carga. Son notas informativas, no requisitos obligatorios.
¿Por qué importa la caída de voltaje?
Caída excesiva causa: rendimiento reducido de equipos, sobrecalentamiento de motores, atenuación de luces, disparo de interruptores, y energía desperdiciada como calor.
¿Cómo reduzco la caída de voltaje?
Opciones incluyen: usar cable más grueso, acortar distancia, aumentar voltaje (208V vs 120V), usar mayor factor de potencia, o tender múltiples conductores paralelos.
¿Necesito considerar caída de voltaje para tendidos cortos?
Para tendidos menores a 15 metros, la caída usualmente no es problema para cargas residenciales típicas. Siempre verifique para circuitos de alta corriente sin importar distancia.
¿Debo usar cobre o aluminio para tendidos largos?
Cobre tiene menor resistencia pero cuesta más. Para tendidos largos, la diferencia de costo puede favorecer aluminio con mayor calibre. Considere: costo inicial, mano de obra, compatibilidad terminales, y llenado de conducto.