Potencia Trifásica: Guía Completa de Cálculos Estrella y Delta
Aprende a calcular potencia trifásica en conexiones estrella y delta. Fórmulas, diferencias, aplicaciones en México y ejemplos con NOM-001-SEDE.
¿Qué es la Potencia Trifásica?
Un sistema trifásico utiliza tres conductores activos (fases) desfasados 120° entre sí para transmitir potencia eléctrica de forma más eficiente que un sistema monofásico. En México, el sistema trifásico opera típicamente a 220V entre fases y 127V entre fase y neutro.
La potencia trifásica se usa en industrias, comercios grandes, motores de más de 5 HP y todas las instalaciones que requieren alta demanda.
Fórmulas Fundamentales
Potencia Trifásica
P = √3 × V_L × I_L × cos(φ)
| Variable | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| P | Potencia activa | Watts (W) |
| V_L | Voltaje de línea (entre fases) | Volts (V) |
| I_L | Corriente de línea | Amperes (A) |
| cos(φ) | Factor de potencia | — |
| √3 | 1.732 (constante trifásica) | — |
Potencia Aparente Trifásica
S = √3 × V_L × I_L
Potencia Reactiva Trifásica
Q = √3 × V_L × I_L × sen(φ)
Conexión Estrella (Y)
En la conexión estrella, un extremo de cada bobina se conecta en un punto común (neutro):
| Relación | Fórmula |
|---|---|
| Voltaje de línea | V_L = √3 × V_fase |
| Corriente de línea | I_L = I_fase |
| Potencia total | P = 3 × V_fase × I_fase × cos(φ) |
| Con voltaje de línea | P = √3 × V_L × I_L × cos(φ) |
En México (220V trifásico):
- V_línea = 220V
- V_fase = 220 / √3 = 127V
- La corriente de línea es igual a la corriente de fase
Aplicaciones de Estrella
- Distribución de CFE a baja tensión (127/220V)
- Alimentación de cargas monofásicas y trifásicas
- Motores de arranque (punto estrella en arranque Y-Δ)
- Sistemas de iluminación mixtos
Conexión Delta (Δ)
En la conexión delta, las bobinas se conectan en serie formando un triángulo:
| Relación | Fórmula |
|---|---|
| Voltaje de línea | V_L = V_fase |
| Corriente de línea | I_L = √3 × I_fase |
| Potencia total | P = 3 × V_fase × I_fase × cos(φ) |
| Con voltaje de línea | P = √3 × V_L × I_L × cos(φ) |
Características:
- No tiene conductor neutro
- Mayor corriente de línea (√3 veces la de fase)
- Más robusta ante desbalanceos
- Usada en motores y cargas trifásicas puras
Aplicaciones de Delta
- Motores trifásicos industriales
- Transformadores de distribución
- Cargas trifásicas balanceadas
- Operación normal en arranque Y-Δ
Comparativa Estrella vs Delta
| Característica | Estrella (Y) | Delta (Δ) |
|---|---|---|
| Neutro | Disponible | No disponible |
| V_línea | √3 × V_fase | V_fase |
| I_línea | I_fase | √3 × I_fase |
| Cargas monofásicas | Sí (fase-neutro) | No directamente |
| Voltaje de arranque | Menor (⅓ del voltaje delta) | Voltaje completo |
| Uso en México | Distribución CFE | Motores industriales |
Arranque Estrella-Delta (Y-Δ)
El arranque Y-Δ es un método para reducir la corriente de arranque de motores grandes:
| Fase | Conexión | Corriente | Voltaje por bobina |
|---|---|---|---|
| Arranque | Estrella (Y) | ⅓ de corriente delta | V_L / √3 |
| Operación | Delta (Δ) | Corriente nominal | V_L |
Ventaja: Reduce la corriente de arranque al 33% (⅓) de la corriente de arranque directo en delta.
Limitación: El par de arranque también se reduce a ⅓, por lo que no es adecuado para cargas que requieren alto par inicial (compresores, molinos).
Ejemplo: Cálculo de Corriente para Motor
Datos: Motor trifásico de 10 HP, 220V, FP = 0.85, eficiencia 90%
Paso 1: Convertir HP a Watts
- P_eje = 10 HP × 746 W/HP = 7,460W
Paso 2: Potencia eléctrica (considerando eficiencia)
- P_eléctrica = 7,460 / 0.90 = 8,289W
Paso 3: Corriente de línea
- I_L = P / (√3 × V_L × cos(φ))
- I_L = 8,289 / (1.732 × 220 × 0.85)
- I_L = 8,289 / 323.7 = 25.6A
Verificación con tabla NOM (Art. 430): Motor 10 HP, 220V → FLC = 30.8A (la tabla da un valor mayor porque incluye margen de seguridad)
Sistema de Voltajes en México
| Configuración | Voltajes | Fases | Uso |
|---|---|---|---|
| 127V monofásico | 1F + N | 1 | Residencial básico |
| 127/220V bifásico | 2F + N | 2 | Residencial grande |
| 127/220V trifásico | 3F + N | 3 | Comercial |
| 220/440V trifásico | 3F (sin N) | 3 | Industrial |
| 13.2kV trifásico | 3F | 3 | Media tensión |
Referencia Normativa
- NOM-001-SEDE-2022 Art. 220: Cálculo de cargas trifásicas
- NOM-001-SEDE-2022 Art. 430: Motores trifásicos
- NOM-001-SEDE-2022 Art. 408: Tableros trifásicos
- NOM-001-SEDE-2022 Art. 310: Conductores para circuitos trifásicos
Errores Comunes
1. Olvidar el factor √3 en cálculos trifásicos
El error más frecuente es calcular la potencia como P = V × I (fórmula monofásica). En trifásico, siempre se incluye √3: P = √3 × V_L × I_L × cos(φ). Olvidar este factor produce resultados erróneos por un factor de 1.73.
2. Confundir voltaje de línea con voltaje de fase
En conexión estrella, V_fase = V_línea / √3 (127V, no 220V). Usar 220V como voltaje de fase genera cálculos sobrestimados de potencia y corrientes subdimensionadas.
3. Asumir que el neutro no lleva corriente
En un sistema trifásico desbalanceado, el neutro sí lleva corriente. El desbalanceo entre fases produce una corriente de retorno por el neutro que puede ser significativa y debe considerarse en el dimensionamiento.
Preguntas Frecuentes
¿Por qué el sistema trifásico es más eficiente que el monofásico?
El sistema trifásico transmite la misma potencia con menos cobre (conductores más pequeños). Además, los motores trifásicos son más simples, más eficientes y tienen mejor regulación de velocidad que los monofásicos equivalentes.
¿Puedo alimentar una carga monofásica desde un sistema trifásico?
Sí, conectando entre una fase y el neutro (127V) o entre dos fases (220V). Sin embargo, debe distribuir las cargas monofásicas equilibradamente entre las tres fases para evitar desbalanceo.
¿Qué pasa si se pierde una fase en un motor trifásico?
El motor queda en operación monofásica, lo que causa sobrecalentamiento severo y puede quemar los devanados en minutos. Es indispensable instalar un relé de protección contra falta de fase en todo motor trifásico.
¿Cuál es la diferencia entre 220V y 440V trifásico?
Son dos niveles de voltaje. El 220V trifásico se usa en instalaciones comerciales y motores pequeños a medianos. El 440V se usa en industrias con motores grandes porque requiere la mitad de corriente para la misma potencia, permitiendo conductores más delgados y menores pérdidas.
¿Necesito neutro en un sistema trifásico delta?
En conexión delta pura, no hay neutro. Todas las cargas se conectan entre fases (220V). Si necesita alimentar cargas monofásicas a 127V, necesita un sistema estrella (Y) con neutro, que es la configuración estándar de distribución de CFE.
Recursos Relacionados
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