Sistemas Trifásicos: Estrella, Triángulo y Cálculos
Guía completa sobre sistemas eléctricos trifásicos: configuraciones estrella y triángulo, tensiones de línea y fase, cálculos de potencia y equilibrado de cargas.
Los sistemas trifásicos son la columna vertebral del suministro eléctrico industrial y la distribución de energía en media y alta tensión. Mientras que las viviendas utilizan principalmente suministro monofásico, cualquier instalación que requiera potencias superiores a 15 kW recurre al sistema trifásico.
En esta guía intermedia te explicamos los fundamentos del sistema trifásico: sus dos configuraciones principales (estrella y triángulo), las relaciones entre tensiones y corrientes, los cálculos de potencia y el equilibrado de cargas. Todo ello con ejemplos prácticos aplicados a la normativa española.
Fundamentos del sistema trifásico
Un sistema trifásico está formado por tres tensiones sinusoidales de la misma amplitud y frecuencia, pero desfasadas 120° entre sí. Se generan simultáneamente en un alternador trifásico, que es el tipo de generador que utilizan todas las centrales eléctricas.
Ventajas del sistema trifásico sobre el monofásico:
| Característica | Monofásico | Trifásico |
|---|---|---|
| Transmisión de potencia | 2 conductores | 3-4 conductores |
| Potencia con mismo cobre | P | 1,73 × P (+73%) |
| Potencia pulsatoria | Sí (2× frecuencia) | No (constante) |
| Campos magnéticos giratorios | No | Sí (motores más simples) |
| Transmisión a larga distancia | Menos eficiente | Más eficiente |
Las tres fases se identifican convencionalmente como L1, L2, L3 (antiguamente R, S, T) y los colores normalizados de los conductores son:
- L1: Marrón
- L2: Negro
- L3: Gris
- N (neutro): Azul
- PE (tierra): Amarillo-verde
Conexión estrella (Y) y triángulo (Δ)
Las cargas trifásicas pueden conectarse de dos formas:
Conexión estrella (Y o estrella):
Los tres elementos de la carga comparten un punto común (neutro). Cada elemento se conecta entre una fase y el neutro.
Relaciones:
V_línea = √3 × V_fase→ 400 = 1,732 × 230I_línea = I_fase- Dispone de neutro (permite cargas monofásicas)
Cada elemento de la carga se conecta entre dos fases. No hay punto neutro.
Relaciones:
V_línea = V_fase→ cada elemento recibe 400 VI_línea = √3 × I_fase- No tiene neutro (solo cargas trifásicas equilibradas)
| Parámetro | Estrella (Y) | Triángulo (Δ) |
|---|---|---|
| V en cada elemento | 230 V (fase-neutro) | 400 V (fase-fase) |
| I de línea vs fase | I_L = I_F | I_L = √3 × I_F |
| Neutro disponible | Sí | No |
| Uso típico | Distribución mixta | Motores, calefacción industrial |
Cálculo de potencia trifásica
Las fórmulas de potencia trifásica son independientes del tipo de conexión (estrella o triángulo):
Potencia activa:
P = √3 × V_L × I_L × cos φ
Potencia aparente:
S = √3 × V_L × I_L
Potencia reactiva:
Q = √3 × V_L × I_L × sen φ
Corriente de línea:
I_L = P / (√3 × V_L × cos φ)
Ejemplo: Motor trifásico de 7,5 kW
Datos: P = 7.500 W, V_L = 400 V, cos φ = 0,87, rendimiento η = 0,90
Potencia absorbida de la red: P_abs = 7.500 / 0,90 = 8.333 W
I_L = 8.333 / (1,732 × 400 × 0,87) = 13,83 A
S = 1,732 × 400 × 13,83 = 9.579 VA ≈ 9,6 kVA
Q = √(9.579² − 8.333²) = 4.716 VAr ≈ 4,7 kVAr
Para la protección de este motor, según la ITC-BT-47, el magnetotérmico debe soportar la corriente de arranque (típicamente 6-8 × I_n), por lo que se seleccionaría un magnetotérmico de curva D de 20 A.
Equilibrado de cargas
En un suministro trifásico con neutro, es fundamental repartir las cargas monofásicas de la forma más equilibrada posible entre las tres fases. Un desequilibrio provoca:
- Corriente por el neutro: en un sistema perfectamente equilibrado, la corriente de neutro es cero. El desequilibrio genera corriente de neutro que puede sobrecargar este conductor.
- Caídas de tensión desiguales: la fase más cargada tiene más caída de tensión, mientras la menos cargada puede tener sobretensión.
- Ineficiencia: las pérdidas por efecto Joule (I² × R) son menores cuando la corriente se reparte equitativamente.
| Fase | Circuitos asignados | Potencia estimada |
|---|---|---|
| L1 | C1 Alumbrado + C5 Baño | 2.250 + 3.450 = 5.700 W |
| L2 | C2 Tomas + C9 Aire | 3.450 + 2.300 = 5.750 W |
| L3 | C3 Cocina + C4 Lavadora | 5.400 + 3.450 = 8.850 W |
Para edificios de viviendas, la ITC-BT-10 exige que la previsión de cargas se reparta de forma que el desequilibrio entre fases no supere el 15%.
Arranque estrella-triángulo de motores
Una de las aplicaciones más clásicas de las conexiones estrella y triángulo es el arranque estrella-triángulo de motores trifásicos. Este método reduce la corriente de arranque a un tercio de la corriente de arranque directo.
Funcionamiento:
Requisitos del motor:
- Los seis terminales de los bobinados deben ser accesibles
- La tensión nominal del bobinado debe ser 400 V (triángulo) / 690 V (estrella)
- En la placa debe indicar: Δ/Y 400V/690V
- El par de arranque se reduce a 1/3, insuficiente para cargas con alto par resistente (compresores, molinos)
- Existe un pico de corriente transitorio en el momento de la conmutación
Normativa aplicable
ITC-BT-10 — Previsión de cargas
"Define la previsión de cargas para edificios comerciales e industriales con suministro trifásico."
ITC-BT-47 — Instalación de receptores: motores
"Establece las condiciones de protección de motores trifásicos, incluyendo arranque y protección contra falta de fase."
Conclusión
Los sistemas trifásicos son la base de toda distribución eléctrica de media y alta potencia. Dominar las relaciones entre tensiones de línea y de fase, los cálculos de potencia con el factor √3, y el equilibrado de cargas te permitirá diseñar y verificar instalaciones trifásicas con confianza.
Recuerda: en España trabajamos con 400 V entre fases y 230 V fase-neutro, en configuración estrella con neutro. El factor de potencia y el equilibrado de las fases son los dos parámetros que más impactan en la eficiencia y el coste de una instalación trifásica.
Utiliza nuestra calculadora de potencia para verificar tus cálculos de potencia trifásica, y consulta la guía sobre factor de potencia para optimizar el rendimiento energético.
Preguntas frecuentes
Porque las tres fases están desfasadas 120°, no 180°. La tensión entre dos fases es la diferencia vectorial, no aritmética: V_línea = √3 × V_fase = 1,732 × 230 ≈ 400 V. El factor √3 aparece por la geometría del triángulo equilátero formado por los tres fasores.