En muchos proyectos de iluminación, los parámetros ópticos suelen ser el foco del diseño, selección y evaluación, como la eficacia luminosa, la distribución de la luz, la UGR y el índice de reproducción del color. Sin embargo, de hecho, problemas como el brillo insuficiente al final de la tira LED, brillo inestable, parpadeo anormal del transductor o fallos prematuros suelen señalar otro factor subestimado: la caída de voltaje.

La caída de tensión no es un parámetro producto, ni se muestra en la hoja técnica, pero afecta profundamente:

• Funcionamiento estable de luminarias LED;
• Consistencia de brillo y reproducción de color del sistema de tiras LED;
• Estrés térmico y vida útil a largo plazo del driver;
• Eficiencia energética y seguridad de todo el sistema de iluminación;

Desde tiras de luz de bajo voltaje hasta sistemas de corriente alterna de alta tensión, desde fuente de alimentación pasiva hasta circuitos de compensación activa, las caídas de tensión no solo causan problemas de brillo visible y cambio de color, sino que también pueden provocar un descontrol térmico y activar mecanismos de protección eléctrica dentro del driver, afectando finalmente a la vida útil de toda la lámpara.

Este artículo se centrará en los sistemas de iluminación LED, analizando en profundidad las fuentes, trayectorias de impacto, manifestaciones y mecanismos de fallo de la caída de tensión, y proporcionando soluciones de ingeniería para diferentes arquitecturas de sistemas.

01 ¿Qué es la caída de voltaje? ¿Cómo afecta a una bombilla?

En un circuito, cuando la corriente fluye a través de un cable, la resistencia del propio cable "consume" una parte del voltaje, lo que resulta en una diferencia entre la tensión de salida de la fuente de alimentación y la tensión recibida por la lámpara.

Esta diferencia se llama caída de voltaje. Los factores clave que la afectan incluyen:

• Longitud del cable: Cuanto mayor es la distancia, mayor es la caída de tensión.
• Grosor del cable: Cuanto más fino es el cable, mayor es la resistencia.
• Flujo de corriente: Los sistemas de alta corriente experimentan caídas de tensión más significativas.
• Material conductor: El alambre de cobre es superior al de aluminio.

Puedes pensar en todo el circuito como una tubería de agua: la presión del agua representa el voltaje y el flujo representa la corriente. Si la tubería es muy fina y larga, y hay mucha agua fluyendo, entonces la presión del agua del grifo definitivamente no será suficiente; esta es la intuición física de la caída de tensión. Para la iluminación LED, las consecuencias de una presión insuficiente del agua no son triviales.

• Tiras LED de bajo voltaje: Los extremos se oscurecen y se vuelven rojos, lo que provoca distorsión de color.
• Luminarias de alto voltaje: La compensación de alta carga del conductor puede causar sobrecalentamiento, parpadeo o incluso quemado prematuro.

Además, no se trata solo de si es "brillante o no", sino también de "si uno puede trabajar".

02 ¿De dónde viene la caída de voltaje? Parece sencillo, pero es muy sistemático.

La esencia de la caída de tensión es que cuando la corriente pasa por un conductor con resistencia, parte de la tensión se "consume" a lo largo del trayecto. Aunque en física es simplemente V=IR, en sistemas de iluminación reales suele ser una manifestación dinámica resultante de la superposición de múltiples factores. Factores influyentes comunes:

• Longitud de línea: Cuanto más larga es la línea, mayor es la resistencia y mayor es la caída de tensión.
• Especificaciones del cable: Cuanto más fino sea el cable (menor área de sección transversal), mayor será la resistencia.
• Magnitud de la corriente de carga: Cuanto mayor sea la potencia del sistema y mayor la corriente, mayor será la caída de tensión.
• Material conductor: El cobre es superior al aluminio, lo que resulta en una caída de tensión menor para las mismas especificaciones.
• Nivel de tensión del sistema: Los sistemas de baja tensión son más sensibles a la caída de tensión (véase la Parte 3 para más detalles).

Efecto de calentamiento no lineal: Aunque la caída de tensión está linealmente relacionada con la corriente, el calentamiento por línea aumenta exponencialmente. Es decir, cuando la corriente aumenta un 50%, la caída de tensión solo aumenta un 50%, pero la potencia térmica de la línea subirá a 2,25 veces su valor original, lo que fácilmente conduce a las siguientes consecuencias:

• Aumento excesivo de temperatura del cable
• Sobrecalentamiento, decoloración o incluso derretimiento de los terminales del cableado
• Envejecimiento de la entrada de la lámpara
• El voltaje de entrada del driver sale de su rango de funcionamiento, activando el mecanismo de protección o causando agotamiento

Estos "fallos invisibles" suelen descubrirse cuando las luces parpadean, reducen el brillo o fallan prematuramente, cuando la ventana para la prevención a menudo ya ha pasado.

Imagen: Brillo de salida de luz inconsistente causado por la caída de voltaje en la tira LED (Imagen de internet)

03 Baja tensión DC vs. alta tensión AC: La arquitectura del sistema determina la sensibilidad.
Los sistemas de iluminación LED pueden dividirse en dos categorías:

1. Sistema de bajo voltaje en corriente continua (LVDC): como tiras LED de 12V/24V
2. Sistemas de CA de alta tensión (HVAC): como luminarias alimentadas por CA de 220V (luces de abajo, paneles, bombillas, etc.)

Estos dos tipos de sistemas tienen mecanismos de respuesta completamente diferentes a las caídas de tensión: uno es el "atenuado directo" y el otro es la "deformación del conductor".

3.1 Sistema de bajo voltaje: ¿Por qué la tira LED siempre se va atenuando al pasar por ella?

Tomando como ejemplo una potencia de 60W:

• Corriente del sistema de 12V: 60 / 12 = 5 A
• 220V corriente del sistema: 60 / 220 ≈ 0,27 A

Bajo las mismas condiciones del circuito, la corriente en un sistema de baja tensión puede ser más de 15 veces la de un sistema de alta tensión, y dado que la caída de tensión es directamente proporcional a la corriente, esto conduce a:

• Gran caída de tensión:Un sistema de baja tensión podría dejar caer 2V, que ya es entre el 16% y el 20% del voltaje total.
• El porcentaje tiene un mayor impacto:Si una tira LED de 12V corta 2,5V, los extremos pueden atenuarse o descolorirse.

Además, las tiras de luz RGB pueden mostrar un cambio de color debido a valores de Vf inconsistentes en los tres chips de color (el azul y el verde se apagan primero, dejando solo el rojo), lo que es una manifestación típica de la desadaptación de caídas de voltaje.

3.2 Sistema de alta tensión: El controlador está "luchando"

La mayoría de las luminarias LED de 220V tienen un controlador SMPS (fuente de alimentación conmutada) incorporado, que tiene una capacidad adaptativa de tensión de entrada (como rango de 100–240V).

Características de rendimiento:

• Cuando hay una ligera caída de tensión: el driver ajustará activamente el ciclo de trabajo de conmutación para estabilizar la corriente de salida.
• Cuando la caída de tensión es demasiado profunda: se activa la protección contra la subtensión (UVLO) y la lámpara entera se apaga de repente.
• Exposición prolongada a condiciones de borde: aumento de la carga del conductor, vida útil reducida e incluso fallo térmico del MOSFET.

La ventaja de este mecanismo es que los usuarios no pueden ver el cambio de brillo, pero los riesgos del sistema están ocultos en su interior, lo que exige más al personal de mantenimiento y a los diseñadores.

04 ¿Qué cambia exactamente una caída de voltaje? ¿De "luces atenuándose" a "fallo del sistema"?"
La caída de voltaje no provoca directamente que una luz se "apague", pero debilita gradualmente la estabilidad y consistencia del sistema de iluminación de forma sistemática. Podemos entender su trayectoria de impacto desde tres niveles:

4.1 Manifestaciones visuales: brillo inconsistente, oscurecimiento, tonalidad

• La tira de luz se va atenuando a medida que te mueves.
  Comúnmente encontrada en proyectos de tiras LED de 12V/24V, es brillante al principio y se vuelve rojiza o decolorada al final, especialmente notable en sistemas RGB. La causa es la insuficiente tensión de entrada del chip debido a la caída de voltaje, y la caída de tensión directa (Vf) desigual provoca diferencias de color.
• Brillo inconsistente en múltiples luces bajas/focos
  Dentro del mismo circuito, las luces más cercanas a la fuente de alimentación son más brillantes, mientras que las más alejadas son más tenues, lo que resulta en una mala consistencia del flujo luminoso y afecta al efecto visual general y a la fidelidad del diseño.
• Parpadeo localizado en la fuente de alimentación de larga distancia
  Cuando el voltaje está en el límite del umbral de arranque del controlador, se activará un arranque/apagado periódico, que será visible para el usuario como parpadeo.

Estos cambios visuales no solo degradan la calidad de la iluminación, sino que también se diagnostican fácilmente erróneamente como "problemas de calidad de la lámpara" o "inestabilidad del controlador", pasando por alto los problemas sistémicos de la fuente de alimentación.

4.2 Respuesta del conductor: desde compensación hasta sobrecalentamiento y daños

Para luminarias LED de alto voltaje (como downlights, focos y lámparas industriales), las principales "víctimas" de la caída de tensión son en realidad la fuente de alimentación. Se manifiesta como:

• Operación continua de alta carga:Para mantener una corriente constante de salida, el driver aumenta activamente el tiempo de encendido del transistor de conmutación, lo que resulta en un aumento de temperatura.
• Operando en un estado crítico:Cuando el voltaje de entrada está cerca del límite inferior de arranque, puede producirse parpadeo ocasional, o incluso activar la protección contra el bajo voltaje.
• Acumulación de daños a largo plazo:Los componentes del núcleo como los MOSFETs y los condensadores electrolíticos están sometidos a un alto esfuerzo durante períodos prolongados, lo que resulta en una vida útil significativamente más corta.

En resumen: la caída de voltaje no quemará la lámpara, pero sí quemará el driver.

4.3 Vulnerabilidades de estabilidad del sistema: difíciles de detectar, difíciles de solucionar y con graves consecuencias.

• No visible durante la fase de construcción
  Durante la instalación y prueba iniciales, la luz debe estar encendida sin anomalías evidentes. Los problemas suelen aparecer solo varios meses después de que el dispositivo ha estado en uso.
• Difícil de localizar durante el mantenimiento
  Las lámparas funcionan claramente y los drivers han sido reemplazados, pero las luces siguen parpadeando de forma intermitente o el brillo es inestable. La causa, sin embargo, radica en la caída de tensión a lo largo de la línea, que se encuentra a decenas de metros.
• Altos costes de mantenimiento
  Si los puntos de fallo están ampliamente distribuidos, a menudo es necesario recablear o reemplazar cables de sección transversal más grande, lo cual es mucho más caro que la inversión inicial.

En el diseño de ingeniería, la caída de tensión no es responsabilidad ni del proveedor de la luminaria ni del proveedor del sistema de control. A menudo se pasa por alto en el diseño o el equipo de construcción selecciona el cableado basándose en la experiencia, lo que dificulta definir la responsabilidad y prevenir problemas.

05 Estrategias de respuesta a caídas de voltaje: de la "verificación" al "diseño redundante"
¿Cómo podemos evitar o reducir el impacto de la caída de tensión durante las fases de diseño y construcción? Aquí tienes algunas estrategias comunes y prácticas:

5.1 Deben realizarse cálculos de caída de tensión antes de seleccionar un cable.

Utiliza la ley de Ohm o una tabla de consulta para estimar la caída de tensión, asegurando que el voltaje al final se mantenga dentro del rango normal de funcionamiento del equipo.

Fórmula de cálculo de caída de tensión (CA monofásica)：

Entre ellos:

ΔV:caída de voltaje(V)

L: Longitud del cable (m)

I:Actual(A)

ρ: Resistividad del conductor (el cobre es 0,0175)

A: Área de sección transversal del conductor (mm²)

Recomendación: La caída total de tensión debe mantenerse dentro del 3% al 5% del voltaje del sistema.

5.2 Planificar con antelación para una fuente de alimentación segmentada o compensación remota

• Los sistemas de tiras LED deberían preferiblemente usar una fuente de alimentación segmentada o de doble extremo.
• Las instalaciones a gran escala pueden adoptar una fuente de alimentación centralizada + línea de tensión constante + arquitectura de módulo local de reducción de tensión.

Los controladores con funcionalidad de retroalimentación remota de voltaje pueden compensar con precisión las pérdidas de línea.

Imagen: Fuente de alimentación segmentada y de doble extremo para tiras LED (Imagen de internet)

5.3 La redundancia no es un desperdicio, sino una forma de seguro del sistema.

• Aumenta el diámetro del alambre adecuadamente (por ejemplo, de 1,5 mm² a 2,5 mm²).
• Cuando se usa bajo voltaje para distancias cortas, se recomienda 24V frente a 12V.
• El trazado de la línea debería tener en cuenta la "resistencia del bucle" en lugar de solo la distancia.

La caída de tensión no es una cuestión de "si existe", sino más bien el límite de "si ha causado un problema". Cuanto más riguroso es el diseño de ingeniería, mayor será la estabilidad del sistema.

06 Un sistema de iluminación no es un proyecto de patchwork, sino un proyecto de ingeniería completo.
En la era de la iluminación LED, estamos acostumbrados a buscar indicadores de calidad de luz "visible" como el índice de reproducción del color, la consistencia de la temperatura del color, la baja UGR y el control del haz, y también nos gusta enfatizar conceptos "avanzados" como el diseño óptico, el control inteligente y la salud del ritmo circadiano. Sin embargo, cuanto más mejoren estas capacidades estos sistemas, menos debemos pasar por alto los factores fundamentales de ingeniería que entran dentro de la categoría de "distribución de energía".

Caída de tensiónes el ejemplo más representativo: no aparece en los cálculos de iluminancia ni en la tabla de parámetros de luminaria, pero puede reducir silenciosamente la línea base de rendimiento general del sistema. Cuanto mayor es el proyecto, más complejos son los circuitos y mayor es la distancia de los terminales, más probable es que la caída de tensión se convierta en un "asesino oculto" que no puede identificarse rápidamente.

Hace que los buenos productos sean "inutilizables", hace que los discos estables dejen de funcionar inexplicablemente y provoca que los sistemas de control muestren fallos aparentemente "inexplicables". Estos problemas pueden evitarse en las primeras fases del diseño, siempre que estemos dispuestos a tratar el sistema de iluminación como un sistema de ingeniería completo, en lugar de una combinación de luminarias y controladores.

Un sistema de iluminación verdaderamente estable, eficiente y controlable no es solo una superposición de luz, sino un sistema sinérgico de luz, electricidad y control. Solo valorando la lógica de la "electricidad" podemos realmente mantener la calidad de la "luz".