Corriente, resistencia del cable y caída de tensión

Pérdidas del cable: origen y consecuencias

La corriente que pasa por un circuito eléctrico para una carga fija es diferente según la tensión del circuito. Cuanto mayor sea la tensión, menor será la corriente.


I = P/V

Un cable tiene una resistencia determinada y forma parte del circuito eléctrico que puede considerarse como una resistencia.


Cuando la corriente pasa por una resistencia, ésta se calienta. Lo mismo pasa con los cables, cuando la corriente pasa por ellos, se calientan. Se pierde potencia en forma de calor. Estas pérdidas reciben el nombre de pérdidas del cable. La potencia perdida se puede calcular con la siguiente fórmula:


Potencia = Resistencia x Corriente²

P = R x I²

Otra consecuencia de las pérdidas del cable es que se generará una caída de tensión a lo largo del cable. La caída de tensión se puede calcular con la siguiente fórmula:


Tensión = Resistencia x Corriente


V = R x I

Para poder calcular el efecto de la caída de tensión del cable, es necesario conocer otras dos leyes eléctricas, la primera y la segunda ley de Kirchhoff:


Ley de las corrientes de Kirchhoff (1ª Ley)


La corriente que entra en un nodo debe ser igual a la corriente que sale de él.

Un ejemplo de esto es un circuito en paralelo. La tensión de cada resistencia es la misma mientras que la suma de las corrientes que atraviesan cada resistencia es igual a la corriente global.

Ley de las tensiones de Kirchhoff (2ª ley)


La suma de todas las tensiones de una malla cerrada de un circuito debe ser igual a cero.

Aquí ocurre justo lo contrario. En un circuito en serie, la corriente que atraviesa cada resistencia es la misma, mientras que la suma de las tensiones de cada resistencia es igual a la tensión global.

Ahora vamos a usar en ejemplo práctico en el que un inversor está conectado a una batería de 12 V para calcular las pérdidas del cable. En el diagrama del circuito de la derecha se puede ver un inversor de 2400 W conectado a una batería de 12 V con dos cables de 1,5 m de longitud y 16 mm2 de sección.

Como hemos calculado antes, cada cable tiene una resistencia de 1,6 mΩ. 

Con estos datos, se puede calcular la caída de tensión de un cable:

• Una carga de 2400 W a 12 V crea una corriente de 200 A.

• La caída de tensión de un cable es: V = I x R = 200 x 0,0016 = 0,32 V.

• Como tenemos dos cables, la caída de tensión total del sistema es de 0,64 V. 


Debido a la caída de tensión de 0,6 V, el inversor ya no recibe 12 V, sino 12 - 0,6 = 11,4 V.


La potencia del inversor es una constante en este circuito. De modo que cuando cae la tensión en el inversor, la corriente aumenta. Recordemos que I = P/V. 


Ahora la batería suministrará más corriente para compensar las pérdidas. En este ejemplo, esto significa que la corriente subirá hasta 210 A.


Esto hace que el sistema sea ineficiente porque hemos perdido el 5% (0,64 / 12) de la energía total. Esta energía perdida se ha transformado en calor. 


Es importante que esta caída de tensión sea lo más baja posible. La forma obvia de reducirla es aumentar el grosor del cable o acortarlo tanto como sea posible. Pero se puede hacer algo más, que es aumentar la tensión del circuito. La caída de tensión del cable varía según la tensión de la batería (sistema). En general, cuanto mayor sea la tensión del circuito menor será la caída de tensión.


Ejemplo:


Consideremos la misma carga de 2400 W, pero ahora la tensión del circuito es de 24 V:

• Una carga de 2400 W a 24 V crea una corriente de 2400/24 = 100 A.

• La caída de tensión total será de 2 x 100 x 0,0016 = 0,32 V (= 1,3%).


Y a 48 V la corriente es de 50 A. La caída de tensión es de 0,16 V (= 0,3%).


Esto nos lleva a la siguiente cuestión: ¿cuál es la caída de tensión que se puede permitir? Hay diferentes opiniones, pero recomendamos plantearse como objetivo que la caída de tensión no supere el 2,5%. Esto se indica en la siguiente tabla para las distintas tensiones:


Tensión de la batería
Porcentaje
Caída de tensión

12 V

2,5 %
0,3 V
24 V
2,5 %
0,6 V 
48 V
2,5 %
1,2 V


Es importante tener en cuenta que no solo el cable presenta resistencia. Cualquier otro elemento que la corriente tenga que atravesar en su camino creará una resistencia adicional. En esta lista se incluyen elementos que pueden contribuir a incrementar la resistencia total:

• Grosor y longitud del cable.

• Fusibles.

• Derivadores.

• Interruptores.

• Montaje de terminales de cables.

• Conexiones.


Y preste especial atención a:

• Conexiones flojas.

• Contactos sucios o con corrosión.

• Terminales de cables mal montados.


Se añadirá resistencia al circuito eléctrico con cada conexión que se haga, o con cada cosa que se coloque en el camino entre la batería y el inversor.


Para hacerse una idea de qué pueden suponer estas resistencias:

• Cada conexión de cable: 0,06 mΩ.

• Derivador de 500 A: 0,10 mΩ.

• Fusible de 150 A: 0,35 mΩ.

• Cable de 2 m y 35mm²: 1,08 mΩ.


Fuente: Wiring Unlimited de Victron Energy