¿Qué es el voltaje?

El voltaje, también conocido como diferencia de potencial eléctrico, es una medida de la fuerza eléctrica que impulsa a los electrones a través de un circuito eléctrico.

Definición de voltaje y unidad de medida

El voltaje se mide en volts (V) y se define como la cantidad de energía necesaria para mover una carga eléctrica a través de un circuito. Es similar a la presión en un sistema hidráulico, ya que la presión impulsa el flujo de líquido a través de las tuberías y el voltaje impulsa el flujo de electrones a través de un circuito.

¿Cómo se genera el voltaje?

El voltaje puede ser producido por una fuente de energía eléctrica, como una batería o un generador, que proporciona la energía necesaria para mover las cargas eléctricas a través de un circuito. El voltaje también puede ser producido por un campo eléctrico, que es una región del espacio donde se produce una fuerza sobre las cargas eléctricas.

Tipos de voltaje

los tipos de voltaje se pueden clasificar principalmente en dos categorías: voltaje de corriente continua (DC) y voltaje de corriente alterna (AC).

Voltaje continuo

Mantiene una polaridad constante y un valor fijo o variable en el tiempo, pero siempre en la misma dirección. Algunas de las fuentes que lo proveen son: las baterías y pilas, los paneles solares, fuentes de alimentación de dc y dínamos o generadores de dc.

Los aparatos o dispositivos electrónicos (cargadores, computadoras, celulares, etc.) funcionan con este voltaje.

Voltaje de Corriente Alterna

Es un tipo de voltaje cuya magnitud y dirección varían periódicamente con el tiempo. En lugar de fluir en una sola dirección, como en el caso del voltaje de corriente continua (DC), el voltaje AC cambia de dirección en ciclos regulares. La forma más común de esta variación es una onda senoidal.

Del voltaje de corriente alterna se derivan otros voltajes que son llamados así coloquialmente

Voltaje Monofásico

Este es un término muy utilizado coloquialmente, se le dice así porque es el voltaje que se tiene entre una fase y un neutro. En México, el voltaje de las viviendas es monofásico a 120 volts.

Voltaje bifásico

Igualmente, esta es una forma coloquial de llamar al voltaje que se tiene entre dos fases. Este sistema consta de dos fases y un neutro. Entre fase y fase tenemos 220 volts y entre cada una de las fases y el neutro 120 volts.

Voltaje Trifásico:

Este voltaje se tiene en un sistema que consta de 3 fases y un neutro, igual que en el bifásico, entre fase y fase se tienen 220 volts y entre una fase y el neutro 120 volts.

Otros conceptos de voltaje

Voltaje nominal

El voltaje nominal se refiere al voltaje específico para el cual un dispositivo eléctrico o un sistema está diseñado para operar de manera segura y eficiente. Este valor se establece como una referencia estándar y se utiliza para indicar la capacidad de voltaje que puede manejar un equipo sin dañarse ni comprometer su funcionamiento adecuado.

Valores de voltaje de baja, media y alta tensión

Los valores de estos intervalos de voltaje pueden variar dependiendo la región, pero generalmente se tienen:

Baja Tensión (BT):

Este intervalo va de 1 hasta 1000 volts (1 kV).

Media Tensión (MT):

De 1 kV hasta 35 kV.

Alta Tensión (AT):

Se considera alta tensión a voltajes que superan los 35 kV. Este nivel de tensión se utiliza en la transmisión de energía eléctrica a largas distancias desde las plantas generadoras hasta los centros de distribución y subestaciones.

¿Cómo se mide el voltaje?

La diferencia de potencial se puede medir utilizando un medidor de voltaje llamado voltímetro, que es un instrumento diseñado, construido y graduado para medir el voltaje en un circuito eléctrico.  El voltímetro siempre se conecta en paralelo con la carga, como se explica a continuación:

Para medir el voltaje tenemos que poner una de las puntas en el cable de fase y la otra punta en el cable neutro. Así estaremos midiendo la diferencia de potencial entre ellos. Como vemos en la imagen de arriba cada una de las puntas del voltímetro están en los bornes del soquet, que es donde llegan los cables de alimentación dando como lectura 119.97 volts. Como se está midiendo voltaje en corriente alterna, no hay polaridad; por lo tanto, no importa en que borne se coloquen las puntas para hacer la medición, pero en corriente continua si es necesario colocar la punta roja en el polo positivo y la punta negra en el polo negativo para hacer una buena medición.

Fórmulas para calcularlo

Estas son algunas de las fórmulas más usadas para calcular el voltaje.

Donde:
P = Potencia (watts)
I = Corriente (Amperes)
R = Resistencia (Ohms)

Problemas resueltos

Problema 1: Calcular el voltaje de fase en un sistema trifásico

En un sistema trifásico, se tiene un voltaje de línea de 400V. Calcular el voltaje de fase si la configuración es triángulo.

Solución: En un sistema trifásico con configuración triángulo, el voltaje de fase (V_fase) es igual al voltaje de línea (V_línea) dividido por la raíz cuadrada de 3 (aproximadamente 1.732).

Por lo tanto, el voltaje de fase en este sistema sería aproximadamente 231 volts.

Problema 2: Significado del voltaje nominal de un motor eléctrico

Un motor eléctrico tiene un voltaje nominal de 230V. ¿Qué significa esto en términos de operación segura del motor?

Solución: El voltaje nominal de 230V significa que el motor está diseñado para funcionar de manera segura y eficiente cuando se alimenta con una tensión cercana a 230V. Operar el motor con un voltaje significativamente mayor o menor puede afectar su rendimiento y vida útil.

Problema 3: Determinar el voltaje total en una carga conectada en serie

Se tienen tres resistencias conectadas en serie con voltajes de 12V, 18V y 24V respectivamente. ¿Cuál es el voltaje total suministrado a la carga?

Solución: Para resistencias conectadas en serie, el voltaje total es la suma de los voltajes individuales.

Vtotal ​ = V1 ​+ V2 ​+ V3

Vtotal​ = 12 V + 18 V + 24 V = 54 V

Por lo tanto, el voltaje total suministrado a la carga es de 54 voltios.

Problema 4: Calcular la caída de voltaje en un circuito

Se tiene un circuito con una resistencia de 10 ohms y una corriente de 2 ampers. ¿Cuál es la caída de voltaje a través de la resistencia?

Solución: La caída de voltaje (V) a través de una resistencia (R) con una corriente (I) se calcula usando la ley de Ohm:

V = I × R = 2A × 10Ω = 20V

Por lo tanto, la caída de voltaje a través de la resistencia es de 20 voltios.