Calculadora experta para factor de demanda y diversidad eléctrica en proyectos residenciales, comerciales e industriales.
Método normativo, fórmulas y ejemplos detallados para dimensionamiento eléctrico con precisión y eficiencia operacional segura.
Calculadora técnica de factor de demanda y factor de diversidad eléctrica (residencial, comercial e industrial liviana)
Conceptos clave y definiciones técnicas
El factor de demanda y el factor de diversidad son parámetros fundamentales para el dimensionamiento de instalaciones eléctricas. Se usan para convertir la carga instalada en la demanda máxima probable, optimizando conductor, transformación y protecciones.
- Factor de demanda (FD): relación entre la demanda máxima registrada y la suma de las cargas conectadas.
- Factor de diversidad (FDiv): relación entre la suma de demandas individuales y la demanda máxima simultánea.
- Carga instalada (Cinst): potencia total de todos los receptores conectados, expresada en kW o kVA.
- Demanda máxima (DMáx): potencia máxima medida o estimada durante el periodo de cálculo.
- Simultaneidad: grado en que las cargas funcionan al mismo tiempo.
Relación práctica entre ambos factores
Los dos factores están relacionados por la simultaneidad: un mayor factor de diversidad refleja menor simultaneidad y, por tanto, menor demanda máxima frente a la carga instalada.
Fundamento normativo y referencias de autoridad
El dimensionamiento debe basarse en normas internacionales y locales que establecen procedimientos y factores de referencia.
- IEC 60364 - Instalaciones eléctricas de baja tensión (recomendaciones de diseño): https://www.iec.ch
- NFPA 70 (NEC) - National Electrical Code (metodologías para cargas residenciales y comerciales): https://www.nfpa.org
- Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (España), RD 842/2002: https://www.boe.es
- IEEE Std 141 (Red Book) - Buenas prácticas para diseño de sistemas eléctricos: https://www.ieee.org
Metodología de cálculo y fórmulas fundamentales
Se propone un flujo de cálculo replicable por calculadora o por hoja de cálculo para las cuatro categorías: residencial, comercial, industrial y liviana industrial.
- Inventario de cargas: lista de receptores con potencias unitarias y cantidades.
- Determinación de carga instalada (Cinst) = suma de todas las potencias.
- Aplicación de factores parciales (iluminación, tomas, motores, climatización).
- Aplicación de factor de demanda normativo o calculado estadísticamente.
- Obtención de demanda máxima prevista (DMáx) y dimensionamiento de origen de servicio.
Fórmulas básicas (expresadas en forma directa)
Factor de demanda (FD) = DMáx / Cinst
Factor de diversidad (FDiv) = SUM(P_i) / DMáx
Demanda máxima estimada (DMáx) = Cinst × FD
Capacidad del transformador (kVA) = DMáx / (factor de potencia previsto)
Explicación de variables y valores típicos
- DMáx: demanda máxima prevista en kW o kVA. Valor típico: 0.35 a 0.9 × Cinst según tipo de carga.
- Cinst: carga instalada total en kW (suma de potencias nominales).
- P_i: potencia individual de cada receptor en kW.
- Factor de potencia (FP): valor típico 0.8–0.95; motores inductivos 0.8, cargas electrónicas 0.95.
- FD: factor de demanda adimensional (0 < FD ≤ 1). Valores indicativos según tabla posterior.
- FDiv: valor típico superior a 1; expresa cuanto suman cargas individuales respecto a la máxima simultánea.
Tablas de factores típicos por uso (valores internacionales y prácticos)
| Uso | Carga típica (kW) | Factor de demanda (FD) típico | Factor de diversidad (FDiv) típico | Comentarios |
|---|---|---|---|---|
| Vivienda unifamiliar | 6–20 | 0.4–0.6 | 1.7–2.5 | Alta diversidad por uso discontinuo (cocina, calefacción, electrodomésticos). |
| Edificio multifamiliar por vivienda | 5–12 | 0.35–0.55 | 1.8–3.0 | Aplicar tablas normativas para circuitos y tomas. |
| Comercio pequeño | 10–50 | 0.6–0.9 | 1.1–1.6 | Menos diversidad que residencial; frigoríficos y HVAC relevantes. |
| Oficinas | 20–200 | 0.6–0.8 | 1.25–1.8 | Alta carga de tomas y equipos informáticos. |
| Industrial ligera (talleres) | 50–500 | 0.7–0.95 | 1.05–1.4 | Presencia de motores con arranques intermitentes. |
| Industrial pesada | >500 | 0.8–0.98 | 1.02–1.2 | Alta simultaneidad; análisis de demanda por procesos necesario. |
Tablas detalladas por tipo de carga: residencial y comercial
| Elemento | Unidad típica | Potencia por unidad (W) | Cantidad ejemplo | Potencia total (W) | Factor de demanda aplicado |
|---|---|---|---|---|---|
| Iluminación LED | Toma/º | 10–15 | 20 | 300 | 1.0 |
| Tomas de uso general | 10 A | 2200 | 10 | 22000 | 0.5 |
| Cocina eléctrica (placa) | Unidad | 3000–7000 | 1 | 3000 | 0.6–0.9 |
| Calefacción / bomba | Unidad | 2000–5000 | 1 | 3500 | 0.7 |
| Secadora / Lavadora | Unidad | 2000–4000 | 1 | 3000 | 0.5–0.8 |
Implementación de la calculadora: pasos algorítmicos y recomendaciones
- Entrada: lista de receptores con potencia nominal y tipo (continua, intermitente, motor).
- Clasificación por grupos: iluminación, tomas, electrodomésticos, motores, climatización.
- Aplicación de factores parciales por grupo según norma aplicable.
- Cálculo de Cinst = suma(P_neti × cantidad).
- Determinación de FD por tabla normativa o cálculo probabilístico basado en curvas de carga.
- Salida: DMáx, corriente de servicio, kVA transformador requerido, corriente por fase, selecciones de protección.
Recomendaciones de precisión
- Usar factor de potencia registrado o estimado para conversión a kVA.
- Para motores aplicar factores de arranque y simultaneidad según IEEE 141.
- Si existen cargas con perfil horario conocido, realizar convolución temporal para estimación más precisa.
- Validar resultado con mediciones o registros históricos cuando estén disponibles.
Ejemplo práctico 1: Vivienda unifamiliar — cálculo completo de demanda
Descripción: vivienda con cocina eléctrica, iluminación LED, tomas generales, bomba de calor para ACS y lavadora.
- Iluminación: 20 luminarias × 15 W = 300 W
- Tomas de uso general: 10 tomas × 2.2 kW = 22.0 kW
- Cocina eléctrica: placa 3.5 kW
- Bomba de calor ACS: 2.5 kW
- Lavadora/secadora: 3.0 kW
Cálculo de carga instalada
Cinst = 0.3 + 22.0 + 3.5 + 2.5 + 3.0 = 31.3 kW
Selección de factores (valores típicos):
- Iluminación: FD_ilum = 1.0
- Tomas generales: FD_tomas = 0.5
- Cocina: FD_cocina = 0.7
- Bomba ACS: FD_bomba = 0.7
- Lavadora/secadora: FD_lav = 0.6
Demanda por grupo aplicando FD
Iluminación demandada = 0.3 × 1.0 = 0.3 kW
Tomas demandadas = 22.0 × 0.5 = 11.0 kW
Cocina demandada = 3.5 × 0.7 = 2.45 kW
Bomba demandada = 2.5 × 0.7 = 1.75 kW
Lavadora demandada = 3.0 × 0.6 = 1.8 kW
DMáx = suma demandas = 0.3 + 11.0 + 2.45 + 1.75 + 1.8 = 17.3 kW
Factor de demanda final
FD = DMáx / Cinst = 17.3 / 31.3 = 0.553 (55.3%)
Dimensionamiento del servicio (considerando FP = 0.95)
Potencia aparente requerida = DMáx / FP = 17.3 / 0.95 = 18.21 kVA
Corriente en tensión monofásica 230 V
I = (18.21 × 1000) / 230 = 79.17 A → seleccionar servicio de 80–100 A según disponibilidad.
Observaciones:
- Si la placa de cocina fuera de 7 kW la demanda de cocina incrementaría y FD global variaría.
- Si existe vehículo eléctrico, añadir su carga con FD específico (normalmente 1.0 o control de carga programada).
Ejemplo práctico 2: Local comercial — tienda de retail pequeña
Descripción: comercio con iluminación LED intensiva, climatización por splits, neveras comerciales y tomas para caja registradora.
- Iluminación: 120 luminarias × 18 W = 2.16 kW
- Climatización: 2 equipos split × 3.5 kW = 7.0 kW
- Neveras: 4 × 0.7 kW = 2.8 kW
- Tomas y cajas: 5 × 0.5 kW = 2.5 kW
- Otros: 1 × motor extractor 1.5 kW = 1.5 kW
Carga instalada
Cinst = 2.16 + 7.0 + 2.8 + 2.5 + 1.5 = 15.96 kW
Selección de factores (valores típicos):
- Iluminación: FD_ilum = 1.0
- Climatización: FD_HVAC = 0.9 (alta simultaneidad)
- Neveras: FD_nev = 0.95 (funcionamiento continuo)
- Tomas: FD_tomas = 0.6
- Motor extractor: FD_motor = 0.85
Demandas por grupo
Iluminación demandada = 2.16 × 1.0 = 2.16 kW
HVAC demandado = 7.0 × 0.9 = 6.3 kW
Neveras demandadas = 2.8 × 0.95 = 2.66 kW
Tomas demandadas = 2.5 × 0.6 = 1.5 kW
Motor demandado = 1.5 × 0.85 = 1.275 kW
DMáx = suma = 2.16 + 6.3 + 2.66 + 1.5 + 1.275 = 13.895 kW
FD global
FD = 13.895 / 15.96 = 0.871 (87.1%)
Dimensionamiento de transformador (FP = 0.95)
kVA requerido = 13.895 / 0.95 = 14.63 kVA → seleccionar transformador comercial de 25 kVA considerando crecimiento y arranques.
Notas técnicas:
- Es prudente considerar corrientes de arranque de compresores y aplicar factor de simultaneidad de motores si múltiples compresores arrancan al mismo tiempo.
- Si la instalación dispone de control de carga, el dimensionamiento puede ajustarse al perfil horario.
Factores especiales y consideraciones para la industria liviana
La industria liviana presenta mezcla de cargas fijas y procesos con picos elevados (arranque de motores, hornos). El método requiere:
- Identificación de cargas críticas y no críticas.
- Aplicación de curvas de arranque para motores (Iarranque) y tiempos de arranque para evitar sobredimensionamiento.
- Si existen variadores de velocidad, considerar factor de potencia y armónicos.
Ejemplos de tablas normativas (extractos y orientación)
| Documento | Aplicación | Tipo de factor | Acceso |
|---|---|---|---|
| IEC 60364 | Diseño de BT | Recomendaciones de cálculo | https://www.iec.ch |
| NFPA 70 (NEC) | Residencial y comercial (EE. UU.) | Tablas de demanda para circuitos | https://www.nfpa.org |
| REBT (RD 842/2002) | Instalaciones España | ITC-BT: factores y cálculos | https://www.boe.es |
| IEEE Std 141 | Buena práctica industrial | Simultaneidad y arranque motores | https://www.ieee.org |
Validación, incertidumbres y factores de seguridad
Una calculadora debe incorporar márgenes de seguridad y análisis de sensibilidad. Los principales riesgos incluyen subestimación de cargas punta y no considerar futuras ampliaciones.
- Aplicar un margen adicional entre 10–25% en proyectos sin datos históricos.
- Comprobar que protecciones y conductores toleran corrientes de arranque y temperatura ambiente alta.
- Si se espera crecimiento, dimensionar transformador con espacio para expansión (por ejemplo, siguiente tamaño comercial).
Integración con herramientas y salida recomendada
La calculadora debe exportar resultados en formato tabulado con:
- Resumen por grupo: Cinst, FD aplicado, demanda resultante.
- Resumen de servicio: kW, kVA, corriente por fase, selección de interruptor general.
- Recomendación de transformador y seccionamiento de circuitos críticos.
Indicadores de calidad para la calculadora
- Capacidad para diferenciar cargas monofásicas y trifásicas.
- Aplicación de factores por norma seleccionable (NEC, REBT, IEC).
- Registro de hipótesis y opción de auditoría de entradas.
- Generación automática de esquema simplificado y lista de materiales.
Buenas prácticas para interpretación de resultados
- Validar la demanda estimada con muestreos reales cuando sea posible.
- Verificar factor de potencia y considerar corrección si FP < 0.95.
- En instalaciones con variadores y electrónica de potencia, evaluar armónicos y su impacto en transformadores y protecciones.
- Si existen normativas locales adicionales (CFE, autoridades municipales), incorporarlas en la calculadora.
Fuentes y bibliografía normativa
- IEC 60364. Instalaciones eléctricas de baja tensión. International Electrotechnical Commission. https://www.iec.ch
- NFPA 70: National Electrical Code. NFPA. https://www.nfpa.org
- Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión, RD 842/2002. Boletín Oficial del Estado (España). https://www.boe.es
- IEEE Std 141 (Red Book). Institute of Electrical and Electronics Engineers. https://www.ieee.org
- Manuales técnicos de fabricantes de transformadores y motores (consultar para curvas de arranque y temperatura).
Resumen operativo y checklist para uso profesional
- Recolectar inventario de cargas y perfiles horarios.
- Seleccionar norma aplicable y tablas de FD.
- Aplicar factores parciales por grupo y sumar demandas.
- Calcular FP y convertir a kVA para dimensionamiento del servicio.
- Comprobar arranques de motores y armonía con protecciones.
- Incluir margen por crecimiento y documentar supuestos.
Con estos procedimientos y tablas, una calculadora bien diseñada proporciona resultados reproducibles y conformes a norma. Integrar validación experimental mejora la fiabilidad y asegura cumplimiento técnico y económico.