¿Por qué utilizamos energía trifásica?

La mayoría de los aparatos eléctricos utilizados en hogares y empresas funcionan con corriente alterna (CA), lo que significa que el voltaje suministrado es pulsante, a diferencia de la salida constante de una batería (corriente continua, CC). En los EE. UU., El voltaje suministrado por las empresas de servicios públicos tiene una frecuencia de 60 Hertz, lo que significa que cambia entre polaridad positiva y negativa 60 veces por segundo.

La mayoría de las fuentes de alimentación de CA se pueden clasificar en monofásicas o trifásicas, según las características de la tensión suministrada. Como lo indica su nombre, un sistema trifásico tiene tres voltajes de CA separados, cada uno con una frecuencia de 60 Hz. Sin embargo, estos voltajes alternan entre positivo y negativo en una secuencia, no simultáneamente, proporcionando una fuente de alimentación constante que no es posible con un sistema monofásico.


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Cómo la energía trifásica hace que las instalaciones eléctricas sean más baratas

La capacidad de los sistemas de alimentación de CA se mide en voltios-amperios (VA) y se calcula multiplicando el voltaje y la corriente.

  • Por ejemplo, un circuito de 120 V con cableado de 20 A puede transportar 2400 VA.
  • Un circuito trifásico con cableado de 20 A puede transportar 7.200 VA.

Considere que necesita un conductor neutro y un conductor de tierra en ambos casos, además de un conductor vivo para cada salida de voltaje. Esto significa que necesita tres cables para el sistema monofásico y cinco cables para el sistema trifásico. En otras palabras, el sistema trifásico tiene un 300% de la capacidad del sistema monofásico, mientras que solo usa dos cables adicionales (solo un 67% más de cobre). Cuando se considera la reducción del cableado por el uso de energía trifásica en una gran instalación comercial o industrial, los ahorros son significativos.

La energía monofásica se usa normalmente en aplicaciones residenciales, donde las cargas son demasiado pequeñas para justificar la complejidad de un sistema trifásico. Sin embargo, los suministros monofásicos para viviendas individuales normalmente se derivan de un sistema trifásico más grande.

  • Las viviendas unifamiliares y otras construcciones pequeñas obtienen energía monofásica del sistema de distribución trifásico propiedad de la empresa de servicios públicos.
  • Los edificios multifamiliares más grandes normalmente tienen su propia entrada de servicio trifásica.

Ventajas de rendimiento de los equipos trifásicos

Además de ahorrar en cableado, los sistemas trifásicos tienen notables ventajas de rendimiento sobre sus homólogos monofásicos. Esto es especialmente cierto para los motores eléctricos:

  • Para una potencia nominal determinada, los motores trifásicos tienen una eficiencia superior a los motores monofásicos. Teniendo en cuenta los altos precios de los kilovatios-hora en Nueva York, esta es una ventaja significativa.
  • Los motores trifásicos también tienen un factor de potencia más alto, lo que significa que consumen menos voltios-amperios para una carga y eficiencia determinadas. Algunas tarifas eléctricas incluyen cargos por factor de potencia deficiente y los motores trifásicos pueden ayudar a reducirlos.
  • Dado que los sistemas monofásicos entregan potencia pulsante, los motores tienden a experimentar más vibraciones, mientras que el suministro constante de sistemas trifásicos da como resultado una operación más estable.
  • Los motores monofásicos no pueden arrancar solos y requieren dispositivos externos. Por otro lado, los motores trifásicos pueden arrancar solo con la fuente de alimentación, e incluso puede invertir la dirección si cambia dos conductores entre sí.

Un sistema trifásico también es más versátil que una instalación monofásica. Si necesita ejecutar un dispositivo monofásico con una fuente de alimentación trifásica, puede usar solo uno de los tres conductores. Sin embargo, no se aplica lo contrario: los aparatos trifásicos no pueden funcionar con energía monofásica. Los motores son una excepción: puede hacer funcionar un motor trifásico con una fuente de alimentación monofásica, pero la potencia mecánica del motor se reduce drásticamente y su vida útil se acorta drásticamente.

Requisitos de color de cableado

El Código Eléctrico Nacional establece los requisitos de color del cableado para los sistemas eléctricos. Esto hace que los conductores sean más fáciles de identificar, reduciendo la posibilidad de errores humanos y mejorando la seguridad. Los requisitos se resumen en la siguiente tabla.

Conductor
Descripción

Sistemas trifásicos,
Clasificado a 120/208/240 V

Sistemas trifásicos,
Clasificado a 277/480 V

Conductor en vivo # 1

Negro

marrón

Conductor en vivo # 2

rojo

naranja

Conductor en vivo # 3

Azul

Amarillo

Conductor neutro

blanco

Gris

Conductor de puesta a tierra

Verde, desnudo o verde y amarillo

Verde, desnudo o verde y amarillo

Cuando un sistema trifásico suministra cargas monofásicas y trifásicas, la práctica recomendada es equilibrar las cargas monofásicas entre las tres fases. Un suministro de voltaje desequilibrado puede ser perjudicial para algunos tipos de equipos. El conductor neutro también transporta una corriente más alta cuando el sistema está mal equilibrado, y esto provoca una pérdida de potencia en forma de disipación de calor.

Tenga en cuenta que el cableado no es el único elemento del circuito que cambia entre instalaciones monofásicas y trifásicas. Los componentes como los dispositivos de protección, los cuadros de distribución y los transformadores también se construyen de manera diferente. En el caso de los transformadores, puede usar tres unidades monofásicas para subir o bajar un voltaje trifásico, pero un transformador trifásico es menos costoso y más compacto en la mayoría de los casos.