Calculadora precisa para estimar autonomía de tanque de generador según consumo horario real operativo efectivo.
Método técnico, fórmulas y tablas para diseño, cálculo y verificación normativa eficiente medición y mantenimiento.
Calculadora de autonomía del tanque de generador (horas en función de consumo y volumen útil)
Fundamentos técnicos para calcular la autonomía del tanque
La autonomía de un generador se define como las horas de operación continuada que puede suministrar con el combustible disponible en su tanque. Este cálculo depende directamente del consumo instantáneo (L/h) y del volumen útil real del tanque (L), considerando factores como densidad del combustible, temperatura, pérdida por sumidero, y margen operacional requerido por normativa o buenas prácticas.
Para fines de ingeniería se separan tres bloques conceptuales: estimación de consumo (medición o curvas del fabricante), determinación del volumen útil disponible en tanque, y factores de corrección y seguridad que traducen volumen teórico en autonomía neta.
Variables críticas y definiciones
- Volumen total del tanque (Vt): capacidad geométrica máxima expresada en litros (L) o metros cúbicos (m³).
- Volumen útil (Vu): fracción del volumen total disponible en operación, descontando huecos, residuales y espacios no utilizables (L).
- Consumo horario (C): tasa de consumo de combustible del generador en litros por hora (L/h), función del kW real entregado y del rendimiento térmico.
- Autonomía bruta (Ab): Vu / C (horas), sin incluir reservas ni factores de corrección.
- Reserva normativa (R): horas o porcentajes adicionales exigidos por normativa para sistemas críticos.
- Temperatura de diseño y densidad (ρ): afectan la masa equivalente de combustible y pueden requerir correcciones en volumen o efecto calorífico.
- Factor de rendimiento específico (SFC): consumo específico en L/kWh o g/kWh que caracteriza la eficiencia del motor.
Unidades y conversiones útiles
- 1 m³ = 1000 L.
- Densidad típica gasóleo/diesel: ρ ≈ 0.82–0.86 kg/L (depende de distillado y temperatura).
- Consumo específico típico: 0.18–0.28 L/kWh según carga y tecnología (turbo, inyección directa).
Formulación matemática y explicaciones de variables
Presentamos las fórmulas clave usando texto y etiquetas para claridad. Cada variable se explica y acompañamos valores típicos.
1. Volumen útil (Vu)
- Vu: Volumen útil (L)
- Vt: Volumen total del tanque (L)
- FF: Factor de llenado operativo (decimal), típico 0.90–0.98 según diseño y normativa
- Vr: Volumen reservado/retención y residuales (L), típico 1–5% de Vt o valor absoluto según diseño
2. Consumo horario (C)
- C: Consumo en L/h
- P: Potencia eléctrica activa entregada (kW). Si se conoce potencia en kVA, aplicar factor de potencia (pf): P = kVA × pf.
- SFC: Consumo específico en L/kWh. Valores típicos: 0.18 L/kWh (buena eficiencia en carga alta), 0.22 L/kWh (valor medio), 0.28 L/kWh (cargas ligeras o motores menos eficientes).
3. Autonomía bruta (Ab)
- Ab: Autonomía en horas (h).
4. Autonomía neta con reserva normativa (An)
- An: Autonomía disponible tras reservar R (h).
- R: Reserva requerida por normativa o política (h). Ejemplo: para ciertos sistemas críticos pueden requerirse 24 h.
5. Conversión por densidad para ajustes de masa/volumen
- C_mass: consumo en kg/h
- ρ: densidad en kg/L
Tablas de referencia: consumo típico según potencia y carga
| Potencia nominal (kW) | Carga (%) | Potencia entregada (kW) | SFC típico (L/kWh) | Consumo estimado (L/h) |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 25% | 2.5 | 0.28 | 0.70 |
| 10 | 50% | 5.0 | 0.24 | 1.20 |
| 10 | 75% | 7.5 | 0.20 | 1.50 |
| 50 | 25% | 12.5 | 0.28 | 3.50 |
| 50 | 50% | 25.0 | 0.24 | 6.00 |
| 50 | 75% | 37.5 | 0.20 | 7.50 |
| 100 | 25% | 25.0 | 0.28 | 7.00 |
| 100 | 50% | 50.0 | 0.24 | 12.00 |
| 100 | 75% | 75.0 | 0.20 | 15.00 |
| 200 | 25% | 50.0 | 0.28 | 14.00 |
| 200 | 50% | 100.0 | 0.24 | 24.00 |
| 200 | 75% | 150.0 | 0.20 | 30.00 |
Nota: las cifras previas son estimativas para planificación. Para cálculo preciso use curvas de consumo proporcionadas por el fabricante del grupo electrógeno y mediciones de banco o telemetría.
Tablas de volúmenes de tanque y autonomía estimada
La siguiente tabla relaciona volúmenes útiles típicos frente a autonomías para consumos habituales.
| Volumen total tanque (L) | Factor llenado (FF) | Volumen útil (Vu) (L) | Consumo (L/h) | Autonomía bruta (h) |
|---|---|---|---|---|
| 200 | 0.95 | 190 | 3.5 | 54.3 |
| 500 | 0.95 | 475 | 6.0 | 79.2 |
| 1000 | 0.95 | 950 | 12.0 | 79.2 |
| 2000 | 0.95 | 1900 | 24.0 | 79.2 |
| 5000 | 0.95 | 4750 | 30.0 | 158.3 |
| 10000 | 0.95 | 9500 | 30.0 | 316.7 |
Esta tabla muestra cómo la autonomía no escala linealmente respecto del volumen cuando el consumo varía con la potencia requerida.
Factores de corrección y consideraciones prácticas
Correcciones por temperatura y densidad
La densidad del gasóleo varía con la temperatura; para aplicaciones de precisión industrial aplique correcciones volumétricas o ajuste ρ. Si se especifica SFC en masa (g/kWh), convertir a volumen usando ρ:
- Ejemplo: SFC_mass = 200 g/kWh = 0.200 kg/kWh; P = 50 kW; ρ = 0.84 kg/L → C = (50 × 0.200)/0.84 = 11.9 L/h.
Pérdidas y volumen no utilizable
Debe considerarse:
- Volumen muerto en el fondo del tanque (sedimentos) que no es bombeable.
- Espacio para expansión y ventilado según reglamentación.
- Pérdidas por fugas en líneas o por primado de bombas.
Margen operativo y reserva normativa
Buenas prácticas recomiendan mantener reserva operativa adicional (10–20%) o cumplir con requisitos específicos de la normativa aplicable. Para instalaciones críticas, la norma NFPA 110 y regulaciones locales dictan requisitos mínimos de autonomía y pruebas de combustibles.
Ejemplos reales de cálculo — Caso 1: Aplicación hospitalaria
Planteamiento: Centro hospitalario requiere autonomía mínima neta de 24 h. Se dispone de un tanque con Vt = 2000 L, FF aplicado 0.95. Grupo electrógeno diesel de 150 kVA con pf = 0.8 (potencia P = 150 × 0.8 = 120 kW). Carga media estimada 60% de la potencia mecánica nominal.
- Determinar potencia entregada: P_entregada = 120 kW × 0.60 = 72 kW.
- Elegir SFC típico: para carga del 60% se toma SFC = 0.22 L/kWh (valor medio).
- Calcular consumo horario: C = P_entregada × SFC = 72 × 0.22 = 15.84 L/h.
- Calcular volumen útil: Vu = Vt × FF = 2000 × 0.95 = 1900 L. (Asumimos Vr incluido en FF)
- Autonomía bruta: Ab = Vu / C = 1900 / 15.84 = 120.0 h.
- Aplicar reserva normativa requerida: R = 24 h. Entonces An = Ab − R = 96.0 h disponibles tras reservar 24 h.
Interpretación: Con estos supuestos la autonomía es muy superior a la mínima requerida. Esto permite programar pruebas periódicas y considerar un tamaño de tanque menor si el objetivo es sólo cumplir 24 h, o mantener el tanque actual para redundancia y menor frecuencia de reabastecimiento.
Ejemplos reales de cálculo — Caso 2: Planta industrial con demanda variable
Planteamiento: Planta con generador 100 kW nominal. Se tiene un tanque externo Vt = 1000 L, FF = 0.9 por consideraciones de llenado y espacio para dilatación. La planta opera con carga variable; se solicita calcular autonomía para cuatro escenarios de carga: 25%, 50%, 75%, 100%.
- Potencia entregada por escenario:
- 25%: P = 100 × 0.25 = 25 kW
- 50%: P = 50 kW
- 75%: P = 75 kW
- 100%: P = 100 kW
- Seleccionar SFC por carga:
- 25%: 0.28 L/kWh
- 50%: 0.24 L/kWh
- 75%: 0.20 L/kWh
- 100%: 0.20 L/kWh (los motores grandes pueden entregar similar eficiencia en plena carga)
- Calcular consumo C para cada escenario:
- 25%: C = 25 × 0.28 = 7.00 L/h
- 50%: C = 50 × 0.24 = 12.00 L/h
- 75%: C = 75 × 0.20 = 15.00 L/h
- 100%: C = 100 × 0.20 = 20.00 L/h
- Volumen útil: Vu = Vt × FF = 1000 × 0.90 = 900 L.
- Autonomía Ab = Vu / C:
- 25%: 900 / 7.00 = 128.6 h
- 50%: 900 / 12.00 = 75.0 h
- 75%: 900 / 15.00 = 60.0 h
- 100%: 900 / 20.00 = 45.0 h
Interpretación: La autonomía varía de forma significativa con la carga. Si la planta necesita garantizar 48 h de autonomía sostenida, se debe verificar que la operación no supere el 100% para largos periodos; a plena carga (100%) la autonomía es 45 h, inferior a 48 h. Soluciones: aumentar tanque, reducir carga por priorización de cargas, o programar reabastecimiento.
Procedimiento práctico para implementación y verificación
- Obtener curvas de consumo del fabricante del grupo electrógeno (curva L/h vs kW) o medir consumo real con caudalímetro en línea.
- Medir volumen total del tanque y comprobar documentación de diseño (cofre de expansión, huecos, muros interiores).
- Definir factor de llenado y volumen residual según reglamentación local y buenas prácticas.
- Aplicar fórmulas: calcular Vu, C, Ab, y An con la reserva requerida.
- Validar con pruebas operativas (ensayos en carga) y ajustar SFC si se detecta desviación.
- Documentar resultados y programar mantenimientos, registros y verificación periódica de combustible (presencia de agua, sedimentos).
Recomendaciones de diseño y normativa aplicable
- Consultar NFPA 110 para requisitos de sistemas de potencia de emergencia (https://www.nfpa.org/).
- Revisar ISO 8528 para requisitos y pruebas relacionadas con grupos electrógenos (https://www.iso.org/standard/).
- Normativa de almacenamiento y tanques: API 650 para tanques metálicos, NFPA 30 para líquidos inflamables (https://www.api.org/, https://www.nfpa.org/).
- Normas eléctricas locales y códigos de edificación deben ser cumplidos; IEC 60034 y IEC 60364 pueden aplicar para motores y sistemas eléctricos.
Referencias adicionales de autoridad y guías técnicas:
- NFPA 110: Standard for Emergency and Standby Power Systems — https://www.nfpa.org/
- ISO 8528: Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets — https://www.iso.org/standard/
- API Standards (tanques y almacenamiento) — https://www.api.org/
- IEC standards (generators and electrical installations) — https://www.iec.ch/
Consideraciones de seguridad y medioambientales
- Almacenamiento seguro: separación, contención secundaria, sistemas de detección de fugas y mitigación.
- Control de inventario y rotación del combustible para evitar degradación y biodeterioro.
- Medidas de control de emisiones durante pruebas: evite pruebas continuas a carga completa en zonas con restricciones ambientales.
Verificación y registro
Registre todos los cálculos, mediciones y pruebas de autonomía. Incluya fecha, condiciones ambientales, temperatura del combustible, densidad medida y cualquier anomalía detectada. Los registros son imprescindibles para auditorías de seguridad y cumplimiento normativo.
Checklist resumido para cálculo e implementación
- Obtener curva consumo fabricante o medición directa.
- Evaluar Vt y determinar Vu con factor de llenado.
- Seleccionar SFC adecuado a la carga prevista.
- Calcular Ab = Vu / C y aplicar reservas normativas.
- Simular escenarios de carga variable y plan de reabastecimiento.
- Implementar controles de seguridad y mantener registros.
Notas finales y buenas prácticas operativas
Para proyectos críticos, integre telemetría de nivel y consumo (caudalímetro) y alarmas automáticas para nivel mínimo y eventos de consumo atípico. Realice pruebas a carga real al menos anual o según normativa. Mantenga procedimientos escritos de reabastecimiento y priorización de cargas para maximizar disponibilidad.
Si requiere una hoja de cálculo o script específico para implementar estos cálculos en un sistema SCADA o en una plantilla de cálculo, puedo proporcionar un flujo de cálculo detallado y parametrizable que incluya correcciones por densidad y temperatura.