Caída de tensión

En electrónica , la caída de tensión es la disminución del potencial eléctrico a lo largo del recorrido de una corriente en un circuito . Las caídas de tensión en la resistencia interna de la fuente , en los conductores , en los contactos y en los conectores son indeseables, ya que parte de la energía suministrada se disipa en forma de calor debido a la resistencia . La caída de tensión en la carga es proporcional a la potencia disponible para ser convertida en otra forma útil de energía.

Por ejemplo, un calefactor eléctrico puede tener una resistencia de 10 ohmios , y los cables que lo alimentan pueden tener una resistencia de 0,2 ohmios, aproximadamente el 2 % de la resistencia total del circuito. Esto significa que aproximadamente el 2 % del voltaje suministrado se pierde en el propio cable. Una caída de voltaje excesiva puede provocar un funcionamiento deficiente del calefactor y el sobrecalentamiento de los cables y las conexiones.

Los códigos eléctricos nacionales y locales pueden establecer directrices para la caída de tensión máxima permitida en el cableado eléctrico para garantizar la eficiencia de la distribución y el correcto funcionamiento de los equipos eléctricos. La caída de tensión máxima permitida varía de un país a otro. ^{[ 1 ]} En el diseño electrónico y la transmisión de energía , se emplean diversas técnicas para compensar el efecto de la caída de tensión en circuitos largos o donde los niveles de tensión deben mantenerse con precisión. La forma más sencilla de reducir la caída de tensión es aumentar el diámetro del conductor entre la fuente y la carga, lo que disminuye la resistencia total. En los sistemas de distribución de energía eléctrica , una cantidad determinada de energía puede transmitirse con una menor caída de tensión si se utiliza una tensión más alta. Técnicas más sofisticadas utilizan elementos activos para compensar la caída de tensión excesiva.

La ley de Ohm permite determinar la caída de tensión en corriente continua multiplicando la corriente por la resistencia: V = I R , donde V es la caída de tensión, I es la corriente y R es la resistencia. Asimismo, las leyes de Kirchhoff establecen que, en cualquier circuito de corriente continua, la suma de las caídas de tensión en cada componente es igual a la tensión de alimentación.

Consideremos un circuito de corriente continua con una fuente de CC de nueve voltios , tres resistencias de 67 ohmios , 100 ohmios y 470 ohmios, y una bombilla, todos conectados en serie . La fuente de CC, los conductores (cables), las resistencias y la bombilla (la carga ) tienen resistencia ; todos consumen y disipan la energía suministrada en cierta medida. Sus características físicas determinan cuánta energía consumen. Por ejemplo, la resistencia de CC de un conductor depende de su longitud, sección transversal, tipo de material y temperatura.

Si se mide la tensión entre la fuente de CC y la primera resistencia (67 ohmios), el potencial de tensión en la primera resistencia será ligeramente inferior a nueve voltios. La corriente pasa a través del conductor (cable) desde la fuente de CC hasta la primera resistencia; al hacerlo, parte de la energía suministrada se "pierde" (no está disponible para la carga) debido a la resistencia del conductor. Existe una caída de tensión tanto en el cable de alimentación como en el de retorno de un circuito. Si se mide la caída de tensión en cada resistencia, el valor obtenido será significativo. Esto representa la energía consumida por la resistencia. Cuanto mayor sea la resistencia, mayor será la energía consumida por ella y mayor será la caída de tensión en ella.

Los voltajes de corriente alterna (CA) también presentan un segundo tipo de oposición al flujo de corriente: la reactancia . La suma de la resistencia y la reactancia se denomina impedancia .

La impedancia eléctrica se representa comúnmente mediante la variable Z y se mide en ohmios a una frecuencia específica. La impedancia eléctrica se calcula como la suma vectorial de la resistencia eléctrica , la reactancia capacitiva y la reactancia inductiva .

La cantidad de impedancia en un circuito de corriente alterna depende de la frecuencia de la corriente alterna y de la permeabilidad magnética de los conductores eléctricos y los elementos eléctricamente aislados (incluidos los elementos circundantes), que varía con su tamaño y separación.

De forma análoga a la ley de Ohm para circuitos de corriente continua, la impedancia eléctrica se puede expresar mediante la fórmula E = I Z. Por lo tanto, la caída de tensión en un circuito de corriente alterna es el producto de la corriente y la impedancia del circuito.

Las uniones p-n polarizadas directamente en diodos y transistores experimentan una caída de voltaje ligeramente superior al voltaje umbral del diodo . La energía se disipa a través de fotones , que en el caso de los diodos emisores de luz se emiten y son visibles.

• Principios eléctricos para profesionales de la electricidad (Jim Jennesson) 5.ª edición