ELECTRICIDAD INDUSTRIAL AVANZADA

1. Introducción   
 
El objetivo es proporcionar al personal técnico los conceptos teóricos y prácticos de la electricidad, para tener una visión clara de esta 
disciplina y poder interactuar en la industria con el nivel de seguridad que requiere el trabajar con electricidad. 
 
Corriente Eléctrica: Es el paso de electrones por un conductor, dichos electrones están en todas las cosas, pero arraigadas a la estructura de 
un átomo constituyente de un elemento químico. 
 

 
El paso de los electrones de un ion hacia otro, para neutralizar su carga, se denomina: Corriente Eléctrica. 
Su unidad es el ampere (A) y “mide” la cantidad de electrones que atraviesan a un elemento en una unidad de tiempo.
 
 
Diferencia  de  Potencial:  Para  que  se  establezca  una  corriente  eléctrica  debe  existir 
algo que impulse a los electrones para que se muevan. 
 
 
 Consideremos  a  una  tensión  o  diferencia  de  potencial  como  un  “desnivel”  que  debe  existir  entre  2  puntos  de  un  conductor  para  que 
produzca un movimiento de electrones  y por lo tanto una corriente eléctrica. 
 
Para que exista un flujo de electrones debemos aplicar "energía al conductor". Cuando la energía proviene de una fuerza del tipo eléctrico, 
se  la  denomina  "fuerza  electromotriz"  porque  permite  el  desplazamiento  de  electrones  al  desprenderse  de  los  átomos.  Esa  fuerza 
electromotriz puede originarla una batería. Ejemplo: el acumulador de un auto, una pila o un generador para alimentar una ciudad, como 
los que usan las compañías de electricidad. 
Estas fuentes de energía tienen 2 terminales, o polos negativo y positivo, y se dice que existe una tensión eléctrica o diferencia de potencial, 
que produce la fuerza eléctrica ya mencionada. 
Su unidad es el volt (V). 
 
Ley de Ohm: Relación entre voltaje, corriente y resistencia 
 
Las corrientes sólo circulan en bucles cerrados denominados circuitos. Estos circuitos deben estar compuestos por materiales conductores y 
deben  tener  fuentes  de  voltaje.  El  voltaje  hace  que  la  corriente  circule,  mientras  que  la  resistencia  y  la  impedancia  se  oponen  a  ella.  El 
conocimiento de estos hechos permite controlar la circulación de la corriente. 
 
La  intensidad  de  corriente  es  directamente  proporcional  al  voltaje  e  inversamente  proporcional  a  su  resistencia,  en  forma  algebraica  se 
determina que: 
 
I= V/R 
 
Definamos la resistencia eléctrica de un conductor como una propiedad del material que representa la oposición del mismo frente al paso 
de la corriente eléctrica.  
La resistencia se mide en OHM, llamado así por el físico alemán que lo descubrió.  
El grado de resistencia depende de la composición química de los materiales.  
 
2. Instalaciones Eléctricas por cargas  
 
a. Definición de instalación eléctrica. En su concepto más sencillo es un sistema que está formado por cuatro componentes: La fuente 
de energía, EL conductor eléctrico que trasfiere la energía,  El interruptor o seccionador  que controla el consumo de la energía  y la 
carga (resistiva y/o reactiva) que es el componente que consume la energía,  esto se puede redefinir como un circuito eléctrico.   
b. Objetivo de una instalación eléctrica. La función es la de recibir y transferir energía eléctrica a una carga que la consume y convierte 
en otro tipo de energía mecánica, calorífica, iluminación 
c. Clasificación de las instalaciones eléctricas. Las clasificaciones se determinan principalmente por el nivel de voltaje y capacidad,  en el 
cuadro que a  continuación  se anexa se definen de forma resumida algunos tipos de instalaciones eléctricas: 
 Tipo de Instalación  Nivel de Voltaje Uso Componentes Principales
Residencial  127 VCA monofásica  ó  Se  utiliza  en  casas  residenciales  y  Conductores  eléctricos,  pastillas 
220  VCA bifásica o  comercios  para  la  distribución  de  la  termomagneticas,  interruptores, 
trifásica  energía    en  alumbrado,  aparatos  contactos, lámparas, etc. 
electrodomésticos , aparatos eléctricos de 
oficina, etc. 
Sistema de Distribución  13 800/220/127 VCA  Sistema utilizado por la CFE para distribuir  Líneas aéreas de distribución en voltaje de 
Residencial y comercial  en bajo voltaje a casas y comercios  13  800  VCA,  postes,  seccionadores, 
interruptores,  restauradores, 
transformadores  de  distribución 
13.8/0.220/.0127 KVCA 
Sistema de distribución  115 000/13 800/480  Sistema utilizado por la CFE para distribuir  Líneas aéreas de distribución en voltaje de 
Industrial  VCA  en  bajo  y    medio      voltaje  (baja  y  media  115  000  VCA,  torres    o  postes, 
Tensión) a Fabricas y Talleres   seccionadores,  interruptores, 
restauradores,  transformadores  de 
distribución 115/13.8/0.48 KVCA 
Sistemas de distribución  13 800/6 900/2  Sistemas  utilizados  por  las  industrias  en  Redes  subterráneas  de  distribución  en 
Secundaria Industrial  400/480/220/127  sus  redes  de  distribución  internas,  media  tensión,  cables  de  media  y  baja 
normalmente  utilizan  voltajes  de  media  tensión,  transformadores  6.9/0.48  y 
tensión de 6 900 ó  2 400 Volts y en baja  480/220/127  VCA,  tableros  blindados  de 
tensión  redes  de  480,  220  y  120VCA,  la  media  y  baja  tensión,  CCM  o  centros  de 
media  tensión  la  utilizan  para  cargas  control  de  motores,  centros  de  carga  de 
grandes  representadas  en  motores  con  distribución de alumbrado  
capacidades  mayores  a  los  250  HP  y  la 
baja  tensión  de  480  en  motores  menores 
de los 250 HP  
Sistemas de transmisión  220 0000y 400 000 volts  Sistema  utilizado  por  la  CFE  para  Torres  de  transmisión,  líneas  de 
transmitir  grandes  cantidades  de  energía  transmisión,  bancos  de  capacitores  o 
de  las  plantas  generadoras  a  los  centros  reactores  inductivos,  reguladores  de 
de  consumo  (Ciudades  y  Grandes  voltaje en autotransformadores. 
industrias)  
Subestaciones eléctricas  220 0000y 400 000 volts  Sistemas  para  aumentar  o  reducir  los  Transformadores  de  potencia  (arriba  de 
de potencia  voltajes de transmisión,  en el caso de las  10  000  KVA  y  hasta  350  000  KVA), 
subestaciones  de  potencia  elevadoras,  interruptores,  cuchillas  seccionadoras,  
estas  reciben  el  voltaje  de  las  plantas  transformadores  de  potencial, 
generadoras a un valor de 20 000 VCA y la  trasformadores  de  corriente,  tableros 
subestación lo eleva a 220 000 ó  400 000  blindados,  esquemas  de  protección 
VCA para su transmisión.   eléctrica. 
 
3. Conductores Eléctricos. 
 
a. Clasificación y aplicación de los conductores eléctricos 
Los principales factores a considerar en la selección de un conductor son: Materiales, Flexibilidad, Forma y Dimensiones, a 
continuación se verán en forma más detallada: 
 
Materiales.‐ Los más utilizados son el cobre y aluminio, si bien el cobre supera en conductividad y resistencia mecánica al aluminio, 
este tiene un peso inferior que lo hace atractivo, en las siguientes tablas se comparan las propiedades principales de los metales 
usados en la manufactura de cables:  
 

 
 
  
 
  Flexibilidad.‐ Esta se logra de dos maneras, recociendo el material para suavizarlo o aumentando el número de alambres que lo 
forman, con esto se logran diferentes flexibilidades, el grado de flexibilidad se designa mediante letras que representan la clase de 
cableado, en la tabla siguiente se dan recomendaciones de carácter general, tomadas de la ASTM. 
 

 
 
Forma.‐ las formas de conductores de uso más general en cables asilados de media tensión son redonda y sectorial, comparando 
características los sectoriales tienen menos peso, menor diámetro y costo más bajo, sin embargo son menos flexibles y mas difíciles 
de empatar comparado contra los redondos. 
 

 
 
Dimensiones.‐ los calibres de los conductores es de acuerdo a la escala AWG ( American Wire Gage), los diámetros base son 0.46 
pulgadas )cal 4/0)  y 0.005 pulgadas (cal 36), se calcula una razón entre estos dos diámetros resultando 1.1229 y a partir del calibre 
36  se  utiliza  esta  razón  para  seguir  al  siguiente  calibre  (34  ,  32,  …4,  3,  2,  1,  1/0,  2/0,  3/0)  a  partir  del  4/0  el  cable  se  define 
directamente por su diámetro o área. A continuación se muestran unas tablas de construcción de cables. 
 

 
 
 b. Aislamiento de los conductores. En los conductores de media y baja tensión,  se utilizan se utilizan materiales  aislantes los cuales 
tiene ciertas características, mismas que a continuación se describen  
 
1. THW‐LS  Aislamiento  termoplástico  resistente  a  la  humedad  al  calor  y  a  la  propagación  de  incendios,  y  emisión  reducida  de 
humos y gas ácido 
2. THHN‐THWN Aislamiento termoplástico con cubierta de nylon resistente al calor y a la propagación a la flama ‐ termoplástico 
con cubierta de nylon resistente a la humedad al calor y a la propagación a la flama. 
3. THHW‐LS  Aislamiento  termoplástico  resistente  a  la  humedad  al  calor  y  a  la  propagación  de  incendios,  y  emision  reducida  de 
humos y gas ácido 
4. RHH‐RHW  Aislamiento  polímero  sintético  o  de  cadena  cruzada  resistente  al  calor  para  lugares  secos  y  mojados  ‐  polímero 
sintético o de cadena cruzada resistente al calor para lugares secos y húmedos 
5. XP Explosion proof (A prueba de explosión) 
6. XLP Aislamiento de polietileno de cadena cruzada 
 
A continuación se muestra una tabla de propiedades de aislamientos más comúnmente usados en cables de energía (5‐35 kV) 

 
c. Calculo del calibre de los conductores eléctricos. La selección del calibre del conductor depende no solamente de la capacidad de la 
carga la cual determina que cantidad de corriente va a utilizar para su operación normal, influyen en forma adicional  el tipo de 
instalación y de la clase de aislamiento, a continuación se verá en las siguientes tablas que con la corriente deseada la temperatura 
de operación del aislamiento dieléctricos se puede seleccionar el calibre adecuado.  
 
Es importante considerar y más adelante lo veremos que hay otro factor importante a considerar para una selección final y es la 
caída de voltaje, la cual se analizara mas adelante. 

Intensidad admisible de los conductores de cobre aislados

 
 
Intensidad admisible de los conductores de cobre aislados
cables unipolares al aire libre

 
  
Intensidad admisible de aluminio con aislamiento y aluminio revestido de cobre
No más de tres conductores en canalización o cable directamente enterrado

 
 
Intensidad admisible de aluminio con aislamiento y aluminio revestido de cobre
cables unipolares al aire libre

 
La corriente de los conductores de un sistema de distribución de uso industrial o comercial, y en las cuales se pueden utilizar circuitos de: 
tres fases cuatro hilos (120/208 VCA), una fase tres hilos (115/230 VCA), tres fases cuatro hilos (277/480 VCA), se pueden calcular  con las 
siguientes formulas, en donde la I = corriente del conductor, W = potencia en Watts, pf = factor de potencia, EP  = Voltaje entre hilos y Eg  = 
Voltaje entre fase y neutro 

 
 
Para calcular el calibre del conductor, considerando la caída de voltaje, se requiere tener la distancia a utilizar del centro de distribución a la 
carga (en ft, considerando que 1 ft = 0.3048 metros), la corriente de carga y con estos datos se calcula los Kiloamperes‐ft con la siguiente 
formula kA‐ft = (Ic * l)/1000, con el dato calculado y el valor de caída de voltaje deseado o permitido se selecciona la columna adecuada y se 
busca  la  cantidad  más  aproximada  en  kA‐ft,  proyectado  el  valor  encontrado  por  la  fila  hacia  la  izquierda  hasta  encontrar  el  calibre 
adecuado. A continuación se ver la tabla de caídas de voltaje 
 
Ejemplo: Para una carga de alumbrado  de 23 kW, alimentados con tres 
hilos  120/240  VCA,  y  una  longitud  del  circuito  de  250  ft,  calcule  el 
calibre adecuado considerando que no debe exceder del 2% de caída de 
voltaje. 
I = W/(EP*pf), I = 95.8 Amperes 
La caída de voltaje permitida es del 2%:  0.02*240= 4.8 Volts 
Los kA.ft = (95.8*250)/1000 = 23.95 
 
En la columna de 5 V que es la más aproximada a lo permitido de 4.8 
encontramos 22.3 y 28.1, calculamos las relaciones : 
 
(23.95/22.3)*5= 5.37 V 
(23.95/28.1)*5 = 4.26  V 
 
En la columna de los calibres y con los valores de 22.3 y 28.1 tenemos 
para  una  caída  de  5.37  V  un  calibre  de  1/0,  para  una  caída  de  4.26  V 
  teneos un calibre de 2/0 
4. Factor de Potencia.  
 
a. Potencia Eléctrica Monofásica 
 
Potencia en Watts es la energía absorbida por una carga en un instante, esto es el producto de la caída de voltaje instantáneo a 
través de la carga y de la corriente instantánea que en entra a la carga.  
 
Si analizamos este concepto para un circuito de corriente continua en el que le aplicamos un voltaje a una resistencia haciéndole 
pasar una corriente, entonces la potencia se calcula:   P = V x I  en donde las unidades son Watts para la potencia, Volts para el 
voltaje y Amperes para la corriente.  
 
Voltaje aplicado Esto    no  representa  mayor  problema  ya  que  en  un  ejemplo  muy  sencillo  y 
Resistencia
práctico  en  el  mismo  circuito  de  corriente  directa  la  resistencia  puede 
representar  un  foco  incandescente,  y  al  cerrar  el  circuito  la  cantidad  de  luz 
depende  del  valor  de  resistencia  y  de  este  valor  depende  la  cantidad  de 
I en Amperes corriente que pasa por el elemento resistivo. 
DC  

 
Ahora  pongamos  una  fuente  de  corriente  alterna,  si  y  solamente  si,    el 
elemente es totalmente resistivo, la potencia puede calcularse como con  P = V 
x  I,  es  importante  aclarar  que  cuando  un  voltaje  de  corriente  alterna  se  le 
aplica  a  un  elemento  resistivo  no  existe  ángulo  de  desfasamiento  entre  el 
voltaje  y  la  corriente  que  circula  por  la  carga  resistiva,    sin  embargo  en 
términos  reales  no  hay  materiales  cien  por  ciento  resistivos  sobre  todo  en 
cargas en que por su tipo pueden existir o intervenir  elementos inductivos y/o 
capacitivos,  provocando  un  ángulo  de  desfasamiento  adelantado  o  atrasado,  
dependiendo  de  qué  tan  capacitiva    o  inductiva  sea  la  carga,  bajo  estas 
  condiciones  el  concepto  de  resistencia  se  aplica  solamente  como  un 
componente más de la carga y esta se representa como impedancia “Z” la cual 
se define como sigue: 
 
 
 
 
  
 
Z = R + jX,  en donde la Reactancia es igual a   
 jX = XL +XC,  la reactancia inductiva es igual a   
  XL = 2πLf,  y la reactancia capacitiva es igual a   
  XC= 1/2πCf 
 

 
Bajo  estas  condiciones  la  potencia  se  define  como  P  =  V  x  I  x  Cos  θ,  en  donde  θ  representa  el  ángulo  de  desfasamiento  entre  el 
voltaje y la corriente, el circuito eléctrico se comporta de manera diferente y la potencia se divide en dos componentes separados 
por  el  ángulo  de  desfasamiento  ,  estos  componentes  son  la  potencia  activa  instantánea  medida  en  Watts  y  la  potencia  reactiva 
instantánea    medida  en  VAR  esta  potencia  expresa  el  flujo  de  energía  que  en  forma  alternada  va    hacia  la  carga  y  regresa,  estas 
potencias se expresa y y calculan de la siguiente manera:  
 
P = V x I x Cos θ  Watts y Q = V x I x Sen θ  VAR (volts amperes reactivos), si consideramos a estas potencias como vectores entonces 
con el ángulo de desfasamiento se forma un triángulo que se denomina “Triangulo de Potencia”   
 
 
 
Para calcular la suma vectorial de las dos componentes se utiliza 
el teorema de Pitágoras en donde S2 =P2 +Q2   o S = (P2 +Q2  )1/2   
 

El ángulo θ, define el factor de potencia de la siguiente manera: 
2  2   1/2  
Cos θ = P/S ó  Cos θ  = P/(P +Q ) = θ = Cos‐1 (P/S) =  
2  2   1/2  
Cos‐1 (P/(P +Q ) ) = F. P. 
  
  Tg θ = Q/P, F. P. = θ = Tg‐1 (Q/P) 
 
 
 
 
Porque es tan  importante el factor de potencia: 
 
Técnicamente los medidores de potencia o Watthorimetros miden la energía consumida estos es el consumo en Watts por unidad de 
tiempo, la potencia reactiva si bien se puede medir, es conveniente solamente en los grandes consumidores o fabricas que por el 
tipo  de  carga  (motores,  transformadores,  grandes  hornos  de  inducción,  grandes  sistemas  de  alumbrado  con  balastras,  aires 
acondicionados,) ya que estos equipos consumen grandes cantidades de potencia reactiva para su operación y por ende los factores 
de potencia, son menores a lo permitido por la CFE (F.P. = 0.85). 
 
Porque la preocupación de la CFE para que sus grandes consumidores no bajen del límite permitido, si se observa el triángulo de 
potencias encontraremos la explicación, dado  que las tarifas y lo cobrado es de acuerdo a lo medido en los Watt‐horimetros y la 
potencia realmente entregada al consumidor es la potencia aparente, trabajar con bajos factores de potencia indica que la potencia 
en Watts consumida es inferior o muy inferior contra la consumida en potencia reactiva VAR´s  
 
½ ½
El cálculo de la potencia en un sistema trifásico balanceado es  P = (3)  x V x I x F. P. ó P = (3)  x V x I x Cos θ  y la potencia reactiva 
½
es Q = (3)  x V x I x Sen θ ; El número (3)½, es el tres elevado a la 0.5  potencia o en otras palabras raíz de 3. 
 
Ejemplo: Si tenemos una potencia de 10 W con un F. P. de 0.6 atrasado, calcula el ángulo del factor de potencia, la potencia reactiva 
y que potencia reactiva se requiere para corregir el factor de potencia a 0.85.  
 
  
Si F.P. = 0.6 entonces θ es el ángulo por lo que θ1= Cos‐1 (0.6) = 53.13°  
Tg (53.13°) = Q1/P, despejando Q1 = Tg (53.13°) x P = 13.33 VAR´s  esta es la potencia 
reactiva que se está consumiendo en la carga 
 
Ahora para un F.P. de 0.85  el ángulo es θ2 = Cos‐1 (0.85) = 31.79° 
Con este ángulo calculamos Q2 = = Tg (31.79°) x P = 6.20 VAR´s   
 
Q  =  Q1  –  Q2  =  13.33  –  6.20  =  7.13  VAR´s    esta  es  la  cantidad  de  potencia  reactiva 
capacitiva que se requiere para corregir el facto de potencia a 0.85 
 
 
  
 
 
 
  
Graficas en las cuales se muestran las ondas senoidales del voltaje y la corriente en fase y desfasadas 
 

 
 
 
5. Instrumentos de medición.  
 
Ya sea que se diseñe, instale, opere o se le de mantenimiento a equipo eléctrico, se debe conocer l forma de medir diversas cantidades 
eléctricas,  como  por  ejemplo  frecuencia,  potencia,  factor  de  potencia,  impedancia,  corriente,  voltaje  y  resistencia,  del  concepto  anterior 
que se tenía para conocer las funciones de los equipos de medición con la intención de interpretar mejor los resultados,  con los avances 
tecnológicos  actuales,  los  equipos  de  medición  se  integraron  con  nuevas  tecnologías  de  electrónica  y  en  muchos  casos  la  utilización  de 
computadoras para recibir  copilar y archivar los datos de manera más eficiente, si bien las conexiones de los instrumentos de medición a 
los equipos y/o circuitos eléctricos bajo prueba, siguen siendo las mismas, de igual manera los valores de voltaje y corriente  medidos en los 
multímetros  continúan siendo valores “rcm” por lo que haremos un repaso de este punto. 
 
Las unidades eléctricas básicas del volt y el ampere, se basan en la corriente continua (CC), por lo que se tuvo que relacionar la corriente 
alterna (CA) con la continua. 
 
El valor máximo o pico de una onda sinusoidal no se puede usar debido a que esta permanece en su valor máximo un lapso corto, esto es 
que una onda sinusoidal cuya corriente máxima sea de un ampere no es igual a una corriente continua de un ampere, desde e punto de 
vista de energía, ya que la corriente continua siempre permanece en un ampere. 
 
La relación basada en el efecto del calentamiento de la CA y CC, esto es que una corriente igual a 0.707 del máximo de una onda de CA, 
produce  el  mismo  calor  o  pierde  la  misma  potencia  que  una  corriente  continua  igual  para  una  resistencia  dada,  por  ejemplo  una  onda 
sinusoidal de 3 Amperes tiene un efecto térmico de 0.707(3)= 2.121 Amperes de corriente continua.