Cálculos de potencia trifásica

Descripción general

La energía trifásica es el método estándar para la generación, transmisión y distribución eléctrica de CA a nivel mundial. En comparación con los sistemas monofásicos, la trifásica entrega potencia instantánea constante (sin cruces por cero), requiere menos material conductor para la misma transferencia de potencia y permite motores de arranque propio. Es la columna vertebral de los sistemas eléctricos industriales, comerciales y a escala de servicios públicos.

Los sistemas trifásicos utilizan tres formas de onda de voltaje desfasadas en 120°. Pueden conectarse en configuraciones estrella (wye) o delta, cada una con relaciones de voltaje y corriente distintas.

Fórmulas Clave

Potencia Real (Activa)

La potencia real total entregada por un sistema trifásico equilibrado:

$P = \sqrt{3}\; V_{L}\; I_{L}\; \cos\phi$

Donde $V_L$ e $I_L$ son el voltaje línea a línea y la corriente de línea respectivamente, y $\phi$ es el ángulo de fase entre voltaje y corriente.

Potencia Aparente

$S = \sqrt{3}\; V_{L}\; I_{L}$

Potencia Reactiva

$Q = \sqrt{3}\; V_{L}\; I_{L}\; \sin\phi$

Relación del Factor de Potencia

$\cos\phi = \frac{P}{S}$

Equivalente por Fase

Para cargas conectadas en estrella (wye):

$P_{phase} = V_{phase}\; I_{phase}\; \cos\phi$

Con $V_L = \sqrt{3}\; V_{phase}$ y $I_L = I_{phase}$.

Corriente a partir de la Potencia Conocida

$I_L = \frac{P}{\sqrt{3}\; V_L\; \cos\phi}$

Variables

Conexiones Estrella vs. Delta

Tensiones comunes del sistema

Valores típicos del factor de potencia

Calculadora — Potencia real trifásica

Calculadora — Corriente de línea a partir de la potencia

Potencia del freno

La potencia de salida del eje del motor a menudo se expresa como potencia del freno. La potencia eléctrica de entrada debe corregirse tanto por el factor de potencia como por el rendimiento del motor antes de compararla con la salida mecánica.

Tablas originales de la fuente restauradas

Las siguientes tablas se restauran de la página de la fuente original para preservar los datos de referencia completos.

Factores de potencia trifásica

Notas de ingeniería

• Transferencia de potencia constante: A diferencia de la monofásica, la trifásica entrega una potencia instantánea no pulsante, reduciendo la vibración en los motores y permitiendo masas de volante más pequeñas.
• Las cargas equilibradas son importantes: Las fórmulas anteriores asumen condiciones equilibradas (impedancia igual en las tres fases). Los sistemas desequilibrados requieren análisis de componentes simétricos.
• Corrección del factor de potencia: Las empresas eléctricas a menudo penalizan un factor de potencia bajo. Los bancos de condensadores en la carga o en el panel de distribución pueden elevar el factor de potencia de la planta hacia la unidad, reduciendo la demanda de corriente y las pérdidas.
• Dimensionamiento del conductor neutro: En sistemas conectados en estrella con cargas no lineales (p. ej., fuentes de alimentación conmutadas), las corrientes del tercer armónico se suman en el neutro. El conductor neutro puede necesitar estar dimensionado igual o por encima de la capacidad del conductor de fase.
• Corriente de arranque del motor: Los motores de inducción demandan de 5 a 8 veces la corriente nominal durante el arranque directo. Los arrancadores suaves o los variadores de frecuencia limitan esta corriente de arranque y también permiten la optimización del factor de potencia en cargas parciales.
• Dimensionamiento de cables y reducción de capacidad: Siempre aplique las normas NEC/IEC correspondientes para el dimensionamiento de conductores, la reducción de capacidad por temperatura ambiente y la protección contra cortocircuitos al diseñar circuitos trifásicos.

Referencias

• Fuente Original — Engineering ToolBox: Potencia Trifásica