El voltaje y su medición en sistemas eléctricos industriales

Introducción

El voltaje, también conocido como tensión eléctrica o diferencia de potencial, es una de las magnitudes fundamentales para comprender el funcionamiento de los circuitos e instalaciones eléctricas.

En Electrotecnia Industrial, el voltaje permite comprender cómo se suministra y distribuye la energía eléctrica hacia motores, transformadores, sistemas de iluminación, equipos de control y diferentes máquinas industriales.

Su medición es una de las operaciones más frecuentes durante la instalación, puesta en servicio y mantenimiento de equipos eléctricos, ya que permite comprobar la presencia de tensión, verificar las condiciones de alimentación y detectar posibles fallas.

1. Definición de voltaje

El voltaje se define como la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. Representa la energía transferida por unidad de carga eléctrica cuando una carga se desplaza entre esos puntos.

Matemáticamente, se expresa mediante:

V = W / Q

Donde:

• V = Voltaje o tensión eléctrica (voltios, V).

• W = Trabajo o energía eléctrica (joules, J).

• Q = Carga eléctrica (coulombs, C).

Un voltio equivale a un joule de energía por cada coulomb de carga eléctrica.

Es importante comprender que el voltaje no es una corriente que circula por el conductor, sino una diferencia de potencial que puede impulsar el movimiento de las cargas eléctricas cuando existe un camino conductor cerrado.

2. Tipos de voltaje

En los sistemas eléctricos encontramos principalmente dos tipos de tensión:

2.1. Voltaje de corriente continua (DC)

Es aquel que mantiene una polaridad constante en el tiempo. Su valor puede permanecer prácticamente constante o variar, pero sin invertir periódicamente su polaridad.

Se encuentra en:

• Baterías y acumuladores.

• Fuentes de alimentación.

• Sistemas fotovoltaicos.

• Circuitos electrónicos de control.

• Sistemas de alimentación de corriente continua.

En estos circuitos es importante respetar la polaridad de conexión de los instrumentos y componentes que la requieren.

2.2. Voltaje de corriente alterna (AC)

Es aquel cuya magnitud y polaridad cambian periódicamente con el tiempo.

Es el tipo de tensión utilizado habitualmente en las instalaciones eléctricas domésticas, comerciales e industriales.

Entre sus aplicaciones encontramos:

• Alimentación de motores eléctricos.

• Transformadores.

• Sistemas de iluminación.

• Máquinas y equipos industriales.

• Instalaciones de distribución eléctrica.

En los sistemas industriales también encontramos alimentación trifásica, en la que existen tres tensiones alternas desfasadas entre sí 120 grados eléctricos.

En una instalación trifásica podemos medir:

• Tensión entre fases: diferencia de potencial entre dos conductores de fase.

• Tensión entre fase y neutro: diferencia de potencial entre una fase y el conductor neutro, cuando este se encuentra disponible.

Estas mediciones permiten verificar las condiciones de alimentación de motores y otros equipos industriales.

3. Instrumento de medición: el voltímetro

El instrumento utilizado para medir la tensión eléctrica es el voltímetro. Puede ser analógico, mediante una aguja indicadora, o digital, mediante una pantalla.

Actualmente, una herramienta muy utilizada por técnicos y electricistas es el multímetro digital, que integra diferentes funciones de medición, entre ellas:

• Tensión continua (V⎓).

• Tensión alterna (V~).

• Corriente eléctrica (A).

• Resistencia eléctrica (Ω).

• Continuidad eléctrica.

Principio de funcionamiento

El voltímetro mide la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito. Para evitar alterar significativamente las condiciones de funcionamiento, debe presentar una resistencia interna elevada.

Por esta razón, el voltímetro se conecta en paralelo con el elemento o los puntos cuya tensión deseamos medir.

A diferencia del amperímetro, que se conecta en serie para medir la corriente, el voltímetro no debe intercalarse en serie con el circuito.

4. Procedimiento para medir el voltaje

Para realizar una medición correcta mediante un multímetro digital debemos seguir un procedimiento ordenado:

1. Seleccionar el tipo de tensión: elegir corriente continua (V⎓) o corriente alterna (V~), según el circuito.

2. Seleccionar el rango adecuado: si el instrumento no dispone de selección automática, elegir un rango superior al valor que se estima medir.

3. Comprobar las conexiones de las puntas: conectar la punta negra en COM y la roja en el terminal identificado para tensión (V).

4. Conectar en paralelo: colocar las puntas de prueba en los dos puntos entre los cuales se desea medir la tensión.

5. Leer el resultado: observar el valor indicado en la pantalla.

6. Retirar las puntas cuidadosamente: evitar que las puntas entren en contacto entre sí o con otros conductores.

En corriente continua, la punta roja se conecta al punto de mayor potencial y la negra al de menor potencial. Si se invierten, el multímetro normalmente mostrará el valor con signo negativo.

En corriente alterna, la polaridad instantánea cambia continuamente, por lo que no se aplica el mismo criterio de polaridad fija.

5. Unidades y simbología

La unidad de medida del voltaje es el voltio (V).

También utilizamos múltiplos y submúltiplos:

• 1 kV = 1000 V.

• 1 V = 1000 mV.

• 1 mV = 0,001 V.

En los diagramas eléctricos, la tensión puede representarse mediante la letra V o mediante un instrumento de medición identificado con esa letra.

Es importante reconocer también las indicaciones de los multímetros:

• V⎓: medición de tensión continua.

• V~: medición de tensión alterna.

6. Aplicaciones de la medición de voltaje en Electrotecnia Industrial

La medición de tensión es indispensable en diferentes actividades de instalación, operación y mantenimiento industrial.

Entre sus aplicaciones más importantes encontramos:

Verificación de fuentes de alimentación

Permite comprobar si una fuente entrega la tensión continua o alterna especificada. Por ejemplo, verificar una fuente de 24 VDC utilizada en circuitos de control industrial.

Comprobación de alimentación de motores

Permite medir la tensión de alimentación de motores monofásicos y trifásicos, verificando que los valores se encuentren dentro de las condiciones especificadas por el fabricante.

Detección de caídas de tensión

Permite identificar diferencias de potencial en conductores, conexiones, contactos y otros elementos de una instalación eléctrica.

Diagnóstico de fallas

La medición entre diferentes puntos de un circuito ayuda a identificar interrupciones, conexiones defectuosas, ausencia de alimentación y posibles problemas en los sistemas de control.

Verificación de circuitos de mando

En instalaciones industriales permite comprobar las tensiones presentes en bobinas de contactores, relés, sensores y otros dispositivos de control.

7. Seguridad durante la medición

En Electrotecnia Industrial, la medición de tensión puede implicar trabajar con niveles eléctricos peligrosos. Por ello, no basta con seleccionar correctamente la función del multímetro.

Antes de realizar una medición debemos considerar:

• Verificar que el multímetro y sus puntas tengan una categoría de seguridad (CAT) adecuada para el lugar de medición.

• Comprobar que los cables y las puntas no presenten daños.

• Seleccionar correctamente la función de tensión antes de conectar el instrumento.

• Nunca medir tensión con el multímetro configurado para medir corriente o resistencia.

• Evitar tocar las partes metálicas de las puntas durante la medición.

• Utilizar los equipos de protección y procedimientos de trabajo correspondientes.

• No realizar mediciones en instalaciones energizadas sin la formación y las condiciones de seguridad necesarias.

La seguridad debe ser siempre una prioridad durante las actividades de medición y mantenimiento eléctrico.

8. Actividad práctica propuesta

Para aplicar los conocimientos adquiridos, se propone realizar una práctica de medición de tensión utilizando un multímetro digital.

El estudiante deberá:

1. Identificar las funciones de medición de tensión continua y alterna del multímetro.

2. Reconocer los terminales COM y V.

3. Medir la tensión de una fuente de alimentación de corriente continua.

4. Comprobar el efecto de invertir las puntas de prueba en una medición DC.

5. Medir la tensión de una fuente de corriente alterna de baja tensión y aislada.

6. Comparar los valores medidos con los valores nominales de las fuentes.

7. Identificar los puntos de medición de tensión en un esquema eléctrico.

8. Explicar por qué el voltímetro debe conectarse en paralelo.

9. Analizar cómo se realizaría la comprobación de tensión en un circuito de mando industrial.

Los resultados pueden registrarse en una tabla como la siguiente:

Fuente o punto de medición	Tipo de tensión	Valor nominal	Valor medido
Fuente de alimentación	DC	12 V
Fuente de alimentación	DC	24 V
Fuente aislada	AC	Según fuente
Circuito de control	DC	Según esquema

Las prácticas iniciales deben realizarse con fuentes de baja tensión y aislamiento adecuado. Las mediciones en instalaciones industriales energizadas corresponden a actividades posteriores, bajo supervisión y procedimientos de seguridad.

Conclusión

El voltaje es una magnitud fundamental para comprender el funcionamiento de cualquier sistema eléctrico. Su medición permite verificar las condiciones de alimentación, comprobar el comportamiento de los equipos y localizar posibles fallas en instalaciones eléctricas industriales.

El dominio del uso del voltímetro y del multímetro constituye una competencia básica para todo técnico en Electrotecnia Industrial, ya que la medición de tensión forma parte de las tareas habituales de instalación, mantenimiento y diagnóstico de máquinas y sistemas eléctricos.