Calculadora precisa para demanda eléctrica máxima, perfil de carga y factor simultáneo aplicado en instalaciones.
Metodologías técnicas, normas internacionales y ejemplos prácticos para ingenieros eléctricos y proyectistas en cálculo real.Calculadora de demanda eléctrica máxima a partir de potencia instalada, perfil de carga y factor de simultaneidad
Conceptos fundamentales y definiciones técnicas
La determinación de la demanda eléctrica máxima requiere una definición precisa de tres conceptos básicos: carga conectada, factor de demanda y factor de simultaneidad.
Carga conectada (P_conn)
P_conn es la suma de todas las potencias nominales de los equipos instalados expresadas en kW o kVA.
Factor de demanda (f_d)
El factor de demanda es la relación entre la demanda máxima prevista y la carga conectada.
Fórmula: f_d = P_demáx / P_conn
Donde:
- P_demáx: demanda máxima prevista (kW).
- P_conn: carga conectada total (kW).
Factor de simultaneidad (K_sim)
El factor de simultaneidad representa la fracción de cargas conectadas que se espera estén operando simultáneamente en un instante dado.
Fórmula: K_sim = P_simultánea / ΣP_individual
Marco normativo y referencias técnicas
La práctica de cálculo exige alineamiento con normativa internacional y local. Algunas referencias clave:
- NEC (NFPA 70) — Artículo 220, "Branch-Circuit, Feeder, and Service Load Calculations". https://www.nfpa.org/
- IEC 60364 — Instalaciones de baja tensión; partes relevantes sobre dimensionado. https://www.iec.ch/
- Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) e instrucciones ITC aplicables en España. https://www.boe.es/
- IEEE Std 141 (Green Book) — Prácticas de diseño de sistemas de potencia. https://www.ieee.org/
- AENOR / UNE — Normas nacionales y guías para cálculo y ensayo. https://www.aenor.com/
Metodologías de cálculo de la demanda máxima
Existen dos enfoques principales para calcular la demanda máxima:
- Método por componentes: aplicar factores de demanda y simultaneidad a cada grupo de cargas.
- Método probabilístico o estadístico: usar perfiles horarios, curvas de demanda y análisis de Monte Carlo para estimar picos con cierta probabilidad.
Método por componentes — pasos
- Inventario detallado de cargas: listar potencia nominal, tipo (resistiva, motriz, electrónica), factor de potencia.
- Agrupar cargas por uso: iluminación, tomas, cocina, calentadores, climatización, motores, elevadores, etc.
- Asignar factores de demanda (según normativa o experiencia) a cada grupo.
- Aplicar factor de simultaneidad general del edificio o instalación.
- Calcular potencia máxima (kW), y corriente de servicio (A) según tipo de sistema (monofásico o trifásico).
Fórmulas clave y explicación de variables
Se presentan las fórmulas principales usando solo HTML y explicando cada variable con valores típicos de referencia.
Fórmula 1: Carga conectada total
- P_conn: carga conectada total (kW).
- P_i: potencia nominal del elemento i (kW).
- Valores típicos: P_i varía desde 0.01 kW (pequeños consumibles) hasta 50+ kW (grandes motores o equipos HVAC).
Fórmula 2: Demanda máxima por grupo
- f_d,i: factor de demanda del grupo o del aparato i (valor adimensional entre 0 y 1).
- Valores típicos: iluminación 0.5–0.9; tomas generales 0.6–0.8; cocinas 0.4–0.8; motores 0.7–1.0 según simultaneidad.
Fórmula 3: Demanda máxima total con factor de simultaneidad
- K_sim: factor de simultaneidad general (0 < K_sim ≤ 1).
- Valores típicos: edificios residenciales 0.5–0.8; oficinas 0.6–0.9; hoteles 0.4–0.75; industriales varía ampliamente.
Fórmula 4: Corriente de servicio (monofásico)
- I: corriente en amperios (A).
- V: tensión nominal (V) — por ejemplo 230 V monofásico.
- pf: factor de potencia (0.8–1.0 típicamente); si no hay corrección se asume pf = 0.9.
Fórmula 5: Corriente de servicio (trifásico)
- V_L-L: tensión línea a línea (por ejemplo 400 V).
- √3 ≈ 1.732.
Fórmula 6: Relación entre factor de demanda y factor de diversidad
f_d = 1 / DF si se considera la definición recíproca con DF=diversity factor.
Tablas de valores típicos y factores usados en cálculo
| Elemento | Potencia típica (kW) | Factor de demanda f_d (orientativo) | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Iluminación (por vivienda) | 0.8 – 3.0 | 0.6 – 0.9 | Depende densidad iluminación y LED vs halógeno |
| Calentador de agua (eléctrico) | 2.0 – 4.5 | 0.5 – 0.8 | Uso intermitente; alta potencia nominal |
| Cocina eléctrica (horno + vitro) | 3.0 – 7.0 | 0.4 – 0.7 | Uso simultáneo poco frecuente |
| Climatización (split / bomba térmica) | 1.5 – 5.0 | 0.6 – 1.0 | Alta simultaneidad en picos extremos |
| Tomas generales | 0.5 – 2.0 | 0.6 – 0.85 | Electrónica y cargas pequeñas |
| Lavadora/secadora | 1.0 – 3.5 | 0.3 – 0.6 | Uso puntual; programas largos |
| Instalación | Grupo de carga | Potencia típica (kW) | K_sim o f_d (orientativo) |
|---|---|---|---|
| Oficina | Iluminación | 5 – 20 | 0.6 – 0.9 |
| Oficina | Tomas y ordenadores | 5 – 30 | 0.5 – 0.8 |
| Pequeña industria | Motores (bombas, ventiladores) | 10 – 200 | 0.6 – 0.95 |
| Comercio | Frío comercial | 5 – 50 | 0.5 – 0.85 |
| Hotel | HVAC centralizado | 50 – 500 | 0.4 – 0.75 |
Perfil de carga y métodos avanzados
Un perfil de carga temporal (curva de demanda) representa la variación de la potencia consumida con el tiempo. Para dimensionamientos más precisos se emplean:
- Registros de consumo con sistemas de medida (registradores o contador inteligente) cada 15 min o 1 min.
- Modelos estocásticos para estimar probabilidad de picos simultáneos.
- Análisis por escenarios: temporada fría/caliente, días laborables/festivos.
Modelado simplificado con factor horario
Se asignan factores por franja horaria H(t) a la potencia conectada para estimar P(t) = Σ(P_i × f_d,i × H_i(t)).
Implementación de una calculadora paso a paso
Para implementar una calculadora técnica siga estos pasos de procedimiento:
- Entrada de datos: listado de cargas con P_i, tipo, grupo, pf_i, horas de uso.
- Asignación automática o manual de f_d por grupo según tablas normativas.
- Cálculo de P_conn y P_dem,grupo.
- Aplicación del factor de simultaneidad K_sim por escenario.
- Conversión a corriente, selección de protección y conductor según normativa.
- Generación de informe con resultados y justificación normativa.
Ejemplos reales resueltos
Ejemplo 1 — Vivienda unifamiliar (monofásica, 230 V)
Datos del inventario:
- Iluminación: 1.5 kW
- Tomas generales (enchufes, electrónica): 1.0 kW
- Vitrocerámica + horno: 4.0 kW
- Calentador de agua instantáneo: 3.0 kW
- Aire acondicionado split (1 unidad): 2.5 kW
Asignación de factores de demanda (valores orientativos):
- Iluminación: f_d = 0.8
- Tomas generales: f_d = 0.7
- Cocina: f_d = 0.6
- Calentador de agua: f_d = 0.6
- A/C: f_d = 0.85
Cálculo paso a paso:
Seleccionamos un factor de simultaneidad general K_sim = 0.95 (vivienda pequeña, alta probabilidad de coincidencia entre cocina y calentador).
I = P_demáx / (V × pf) = 7.814 kW / (230 V × 0.95) = 7,814 W / 218.5 V ≈ 35.77 A
Recomendación práctica:
- Redondear corriente al siguiente valor comercial: 40 A.
- Seleccionar conductor y protección según normativa local (p. ej. conductor 6 mm² cobre para 40 A en muchas tablas, comprobar temperatura y método de instalación).
- Considerar margen para arranques y armonías si hay dispositivos electrónicos.
Ejemplo 2 — Pequeña oficina en edificio terciario (trifásica, 400 V)
Inventario resumido por grupos:
- Iluminación: 18 kW
- Tomas y ordenadores: 25 kW
- Climatización central (dos unidades): 40 kW
- Pequeña cocina y cafetería: 6 kW
- Ascensor (motor): 7.5 kW
Asignación de factores de demanda según tablas comerciales:
- Iluminación: f_d = 0.8
- Tomas y ordenadores: f_d = 0.65
- HVAC: f_d = 0.85
- Cocina: f_d = 0.5
- Ascensor: f_d = 0.9 (pico puntual al arrancar)
Cálculos:
Factor de simultaneidad general K_sim = 0.8 (oficina con usos distintos y probabilidades moderadas de coincidencia).
I = P_demáx / (√3 × V_L-L × pf) = 59,520 W / (1.732 × 400 × 0.95) ≈ 59,520 / 658.16 ≈ 90.4 A
Selección práctica:
- Se redondea a un equipo de 100 A por fase como corriente de diseño.
- Transformador recomendado mínimo: 75 kVA (59.52 kW / 0.8 pf = 74.4 kVA; considerar 10–20% de reserva → 80–90 kVA). Se sugiere 100 kVA por margen.
- Interruptores, protecciones y conductores dimensionados según tablas y condiciones de instalación; comprobar pérdidas y caída de tensión.
Consideraciones de factor de potencia y arranques de motores
El factor de potencia afecta directamente la corriente. Para equipos con factor de potencia bajo (motores, rectificadores) considerar corrección individual o colectiva para evitar penalizaciones y sobredimensionamiento.
- Para motores con gran corriente de arranque, considerar multiplicadores de corriente (por ejemplo 5–7 × corriente nominal en arranque directo) y verificar selectividad y coordinación.
- Si se utiliza arrancador suave o variador de frecuencia (VFD), el pico de arranque se reduce y la forma de onda cambia, por lo que la calculadora debe contemplar la tecnología de arranque.
Recomendaciones prácticas y verificación normativa
- Usar factores de demanda normative cuando estén disponibles (NEC, IEC, REBT) como fuentes primarias.
- Para proyectos críticos o industriales emplear mediciones reales con registro histórico y análisis probabilístico.
- Incluir márgenes técnicos (10–20%) para crecimiento futuro y errores de estimación.
- Verificar caída de tensión máxima permitida y adaptar sección de conductores en consecuencia.
- Documentar todas las suposiciones en el informe y referenciar la normativa aplicada.
Fuentes normativas, guías y enlaces de autoridad
- NFPA (NEC) — Cálculos de carga y tablas: https://www.nfpa.org/
- IEC Central — Documentación y normas sobre instalaciones: https://www.iec.ch/
- Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) en España: https://www.boe.es/ (buscar ITC-BT aplicables)
- IEEE — Publicaciones técnicas y guías de buenas prácticas: https://www.ieee.org/
- Agencia Internacional de la Energía (IEA) — estadísticas y definiciones energéticas: https://www.iea.org/
- AENOR — Normas UNE y guías nacionales: https://www.aenor.com/
Buenas prácticas para una calculadora profesional
- Permitir entrada por grupos y por horario (perfiles horarios) para análisis dinámicos.
- Implementar bibliotecas de factores de demanda por sector y por norma, con posibilidad de editar manualmente.
- Incluir cálculo automático de corriente, caída de tensión y selección de protección y secciones según normativa.
- Generar informes técnicos con trazabilidad de cálculos y referencias normativas para auditoría.
- Proveer módulos para análisis de energía y optimización (curvas de carga, KPIs).
Errores comunes y cómo evitarlos
- No documentar supuestos: siempre anotar f_d, K_sim y pf usados.
- Usar factores inadecuados de forma indiscriminada: preferir tablas normativas o datos medidos.
- Ignorar arranques de motores y cargas transitorias: incluir multiplicadores cuando proceda.
- No considerar condiciones ambientales que afectan capacidad de conductor (temperatura, agrupamiento).
Resumen técnico operativo
Una calculadora de demanda máxima eficaz integra inventario de cargas, factores de demanda validados, análisis de simultaneidad y conversión a corriente para dimensionamiento de protecciones y conductores. Debe apoyarse en normativa (NEC/IEC/REBT) y en datos empíricos del lugar cuando estén disponibles.
Recursos adicionales y lectura recomendada
- NEC Handbook — Para cálculos de servicios y alimentadores.
- IEC 60364-5-52 — Reglas para selección y dimensionado de conductores.
- IEEE Std 141 — Buenas prácticas de diseño de sistemas de potencia.
- Guías técnicas AENOR/UNE sobre instalaciones eléctricas en edificios.