En esta unidad, comenzaremos con el estudio de los sistemas de alimentación más utilizados en las instalaciones eléctricas. Los sistemas monofásicos utilizan la tensión de fase y en las instalaciones eléctricas de baja tensión, pueden encontrarse en configuraciones como 1F-2H, 2F-2H o 2F-3F. Por otro lado, los sistemas trifásicos utilizan la tensión de línea y pueden encontrarse en configuraciones como 3F-3H o 3F-4H en las instalaciones eléctricas

En el artículo 110 de la NOM-001-SEDE-2012, sección 110-4, se mencionan las tensiones en corriente alterna más utilizadas en México. Estas incluyen: 120, 127, 120/240, 208Y/120, 220Y/127, 240, 480Y/277, 480, 600Y/347 o 600 volts. Para obtener información más detallada sobre este tema, se puede consultar la norma NMX-J-098-ANCE, referencia [9].

Las tensiones mencionadas en el párrafo anterior varían y algunas se consideran estándar, mientras que otras dependen de las características específicas del equipo. Por ejemplo, las tensiones en Europa suelen ser diferentes a las de América, lo que significa que las normativas y estándares eléctricos pueden variar significativamente entre continentes.

La infografía siguiente ilustra los enchufes o contactos (receptáculos) utilizados a nivel mundial. Se puede observar que los receptáculos no son uniformes en todo el mundo y que varían según la región. En México, los contactos A y B son los más utilizados de manera estándar. Asimismo, esto se aplica a las tensiones y frecuencias eléctricas, donde se pueden encontrar diferencias significativas entre países. Para obtener más información detallada al respecto, se pueden consultar las referencias [13] y [14].

Sistema monofásico de 1F-2H

Un sistema monofásico de 1F-2H está compuesto por un conductor de fase y un conductor neutro, lo que implica la presencia de dos cables conductores. Además, se requiere un conductor de puesta a tierra adicional.

La pérdida de tensión en este sistema se puede calcular de manera aproximada utilizando la siguiente ecuación:

V_{d} = 2ZLI

La impedancia se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:

Z = R\, Cos\,\theta + X_{L}\,Sen\,\theta

En México, la tensión de fase idealmente está estandarizada en 120 V según la norma, pero en la práctica suele ser de 127 V debido a la relación del transformador. Es importante tener en cuenta esta diferencia para evitar confusiones entre las tensiones europeas y americanas.

Sistema monofásico de 2F-2H

Un sistema monofásico de 2F-2H está compuesto por un conductor de fase y un conductor neutro, lo que requiere dos cables conductores y, además, un conductor de puesta a tierra. Este sistema puede causar confusión debido a la presencia de dos conductores de fase, especialmente cuando se asocian tensiones de línea estandarizadas en México. Por lo tanto, este sistema puede ser considerado equivalente a un sistema de 1F-2H, ya que la tensión no está determinada por el modelo, sino que depende de la unidad de transformación.

La pérdida de tensión de este sistema se puede calcular de manera aproximada utilizando la siguiente ecuación:

V_{d} = 2ZLI

En la infografía se proporciona un claro ejemplo del cambio en las tensiones residenciales entre ambos continentes. En Europa, a nivel residencial, se utilizan tensiones de 220V, lo cual se debe a las necesidades climáticas de la región, como calefactores y aires acondicionados. En México, por otro lado, este tipo de tensión no es común a nivel residencial, a menos que se solicite específicamente; en su lugar, la tensión habitual es de 120V.

Sistema monofásico de 2F-3H

Un sistema monofásico de 2F-3H consta de dos conductores de fase y un conductor neutro, lo que requiere un total de tres hilos conductores, además del conductor de puesta a tierra. En este modelo, la potencia total se distribuye equitativamente entre ambos circuitos monofásicos, lo que significa que la mitad de la corriente eléctrica fluye por cada conductor de fase.

La pérdida de tensión de este sistema se puede calcular de manera aproximada con la siguiente ecuación:

V_{d} = \sqrt{3}ZLI

En caso de presentarse un sistema no balanceado, la corriente en el neutro se determina con la siguiente ecuación:

I=\sqrt{3}\left ( \frac{I_{1}+I_{2}}{2} \right )

La ecuación anterior es aplicable cuando hay una carga no balanceada. En este caso, se estaría trabajando con dos sistemas monofásicos desbalanceados, lo que implica que la potencia total del circuito ya no se dividiría equitativamente entre los conductores de fase.

Sistema trifásico de 3F-3H

Un sistema trifásico de 3F-3H está compuesto por tres conductores de fase sin un conductor neutro. Por lo tanto, este sistema requiere tres hilos conductores y un conductor de puesta a tierra adicional para la protección del equipo. En este tipo de sistema, la potencia total se distribuye equitativamente entre cada conductor de fase, lo que supone una carga balanceada y la ausencia de corriente de retorno en el neutro.

La pérdida de tensión en este sistema se puede calcular de manera aproximada con la siguiente ecuación:

V_{d} = \sqrt{3}ZLI

Sistema trifásico de 3F-4H

Un sistema trifásico de 3F-4H consta de tres conductores de fase y un conductor neutro. Por lo tanto, este sistema requiere tres hilos conductores y uno de retorno, además de un conductor de puesta a tierra para proteger el equipo. En este modelo de sistema, la potencia total se distribuye equitativamente entre cada conductor de fase, lo que supone una carga balanceada y la ausencia de corriente de retorno en el neutro. Aunque existe la posibilidad de un ligero desequilibrio, este debe ser inferior al 5% para no afectar los cálculos.

La pérdida de tensión en este sistema se puede calcular de manera aproximada con la siguiente ecuación:

V_{d} = \sqrt{3}ZLI

El sistema 3F-4H y el 3F-3H se modelan con y sin conductor neutro, respectivamente. En ambos casos, se les asigna el lado secundario de un sistema estrella, lo que implica que la corriente de línea y la corriente de fase presentan diferencias significativas.

Referencias

[9] NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones Eléctricas (utilización), DOF, Ciudad de México, 2012. Accedido el 31 de diciembre de 2023. [En línea]. Disponible: https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/512096/NOM-001-SEDE-2012.pdf

[13]"Anexo:Enchufes, voltajes y frecuencias por país - Wikipedia, la enciclopedia libre". Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Enchufes,_voltajes_y_frecuencias_por_país (accedido el 2 de febrero de 2024).

[14]"Infografía: El mapa mundial de los enchufes". Statista Infografías. https://es.statista.com/grafico/13433/el-mapa-mundial-de-los-enchufes/ (accedido el 2 de febrero de 2024).