¿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 voltios (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.

Es generado en: plantas hidroeléctricas, termoeléctricas, plantas nucleares. Esas plantas convierten la energía cinética, calorífica o nuclear en energía mecánica que mueve al generador y luego este la convierte en energía eléctrica.

La mayor parte de la energía eléctrica generada y distribuida a hogares e industrias es en forma de voltaje AC debido a su eficiencia en la transmisión a largas distancias. La mayoría de los electrodomésticos, como refrigeradores, lavadoras y televisores, funcionan con voltaje AC.

Del voltaje de corriente alterna se derivan otros voltajes

Voltaje Monofásico:

El voltaje monofásico es un tipo de sistema de corriente alterna (AC) que utiliza una sola fase de voltaje. Esto significa que la tensión eléctrica se distribuye a través de un único circuito conductor, con una referencia a un neutro. En la práctica, esto se traduce en dos conductores: uno que lleva el voltaje y otro que actúa como retorno o neutro.

Configuración de Voltaje Monofásico

1. Sistema Monofásico a 2 Hilos: Consta de una línea activa (fase) y un neutro. Es el tipo más simple de conexión monofásica.
2. Sistema Monofásico a 3 Hilos: Incluye dos líneas activas y un neutro, con un voltaje de fase a fase (la suma de los dos voltajes de fase) y un voltaje de fase a neutro.

Voltaje Trifásico:

El voltaje trifásico es un sistema de suministro de corriente alterna (AC) que utiliza tres conductores, cada uno con una fase de voltaje que es desfasada 120 grados respecto a las otras dos. Se usa especialmente en aplicaciones industriales y comerciales de alta potencia.

Otros conceptos de voltaje

Voltaje de fase

El voltaje de fase se refiere a la diferencia de potencial eléctrico medida entre dos conductores (generalmente cables) en un sistema eléctrico trifásico. En un sistema trifásico, hay tres conductores de corriente alterna y el voltaje entre cada par de conductores se denomina voltaje de fase.

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. Por ejemplo, los electrodomésticos, motores eléctricos y otros dispositivos tienen voltajes nominales que deben coincidir con la alimentación eléctrica suministrada para operar correctamente.

Valores de voltaje de baja, media y alta tensión

Los valores específicos de baja tensión, media tensión y alta tensión pueden variar ligeramente según el contexto y la región, pero generalmente se pueden definir de la siguiente manera:

Baja Tensión (BT):

En sistemas de distribución de energía, baja tensión generalmente se refiere a voltajes de 1 hasta aproximadamente 1000 volts (1 kV). Esto incluye voltajes comunes en hogares y pequeñas industrias.

Media Tensión (MT):

La media tensión abarca voltajes que van desde aproximadamente 1 kV hasta 35 kV. Este rango se utiliza típicamente en la distribución secundaria y primaria de energía eléctrica en áreas urbanas e industriales.

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.

Es importante tener en cuenta que estos rangos pueden variar según las normativas y prácticas específicas de cada país o región.

Valor de voltaje por regiones

Voltaje en Europa

En Europa, el voltaje estándar suministrado a las casas y edificaciones para uso doméstico es de 230 voltios en corriente alterna monofásica (230V AC).

Voltaje en Sudamérica

En Sudamérica, el voltaje suministrado a las casas y edificaciones para uso doméstico también es principalmente de 220 voltios en corriente alterna monofásica (220V AC).

Voltaje en Norteamérica

En América del Norte, el voltaje estándar suministrado a las casas y edificaciones para uso doméstico es típicamente de 120 voltios en corriente alterna monofásica (120V AC). Este voltaje es común en Estados Unidos, Canadá y México.

¿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 o consumidor de la energía eléctrica 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: Calcular el voltaje de línea en un sistema estrella

En un sistema trifásico con configuración estrella, el voltaje de fase es 240V. Calcular el voltaje de línea.

Solución: En un sistema estrella, el voltaje de línea (V_línea) es igual al voltaje de fase (V_fase).

Por lo tanto, el voltaje de línea en este caso sería 240 voltios.

Problema 4: 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 5: 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.