Calculadora de carga eléctrica equipos fijos, sumatoria, demanda & simultaneidad

Calculadora de carga eléctrica para equipos fijos optimiza diseño, seguridad y dimensionamiento del sistema eléctrico.

Incluye sumatoria, factor de demanda y simultaneidad para cálculos normativos y verificación técnica de diseño.

Fundamentos y objetivos de la calculadora de carga eléctrica

Una calculadora de carga eléctrica para equipos fijos sirve para cuantificar la potencia conectada, la demanda real probable y la corriente requerida en alimentadores y tableros. Su objetivo técnico es asegurar que el sistema de distribución soporte las cargas con margen, cumpla normativas y reduzca costos por sobredimensionamiento.

Conceptos clave: carga instalada, factor de demanda y factor de simultaneidad

• Carga instalada (P_instalada): suma de las potencias nominales de todos los equipos fijos conectados.
• Factor de demanda (FD): porcentaje de la carga instalada que se espera que opere simultáneamente según tipo de equipo y normativa.
• Factor de simultaneidad (FS o K_sim): coeficiente que reduce la suma de demandas cuando no todas las cargas de distintos grupos operan simultáneamente.
• Carga de proyecto o demanda (P_demanda): valor resultante usado para dimensionar conductores, protecciones y transformadores.

Metodología general y fórmulas aplicadas

El proceso consiste en: identificar equipos fijos, determinar potencias nominales, aplicar factores de demanda según tablas normativas, sumar demandas por grupo y aplicar simultaneidad entre grupos.

Formulaciones básicas

1) Suma de potencias instaladas:

2) Cálculo de demanda por grupo (aplicando factor de demanda):

3) Aplicación de factor de simultaneidad entre grupos:

4) Conversión de potencia a corriente (sistema trifásico):

Explicación de variables y valores típicos

• P_i: potencia nominal del equipo i (kW o W). Valores típicos: iluminación 10–100 W por punto; motores 0.5–50 kW.
• FD_i: factor de demanda por tipo de carga. Valores típicos: iluminación comercial 0.8–1.0 (según tabla), tomas de uso general 0.4–0.75, motores grandes 1.0.
• FS_grupo: factor de simultaneidad entre grupos. Valores típicos: 0.6–1.0, según interdependencia operacional.
• P_demanda,total: potencia en kW o W que se usará para dimensionamiento de conductores, transformadores y protección.
• I_{3φ}: corriente en amperios (A). V_L: tensión entre líneas (V). PF: factor de potencia (0.8–0.95 típico).

Tablas de factores comunes y cargas típicas

Aplicación práctica: criterios normativos y tablas de referencia

Para aplicar FD y FS existen tablas en códigos como el NEC (NFPA 70), las normas IEC y las normas nacionales (NOM-001-SEDE en México). Estas tablas diferencian entre iluminación, receptáculos, motores y cargas especiales. Es requisito técnico justificar el uso de factores cuando se alejen de tablas estándar.

Normas y referencias de autoridad

• NFPA 70 (NEC) — National Electrical Code: https://www.nfpa.org
• IEC 60364 — Instalaciones eléctricas de baja tensión: https://www.iec.ch
• IEEE Std 141 (Red Book) — buenas prácticas para distribución interna: https://www.ieee.org
• NOM-001-SEDE / NOM-001-SEDE-2012 (México) — requisitos de instalaciones: https://www.dof.gob.mx
• Comisión Federal de Electricidad (CFE) — criterios de conexión y tarifas: https://www.cfe.mx

Procedimiento paso a paso para la calculadora

1. Inventario: listar todos los equipos fijos (incluyendo iluminación, motores, equipos HVAC, hornos, etc.).
2. Registrar potencias nominales P_i en kW o W y cantidad.
3. Asignar factor de demanda FD para cada tipo según tabla normativa o criterio de ingeniería.
4. Calcular P_demanda por grupo: Σ(P_i × FD_i).
5. Determinar factores de simultaneidad FS entre grupos (basados en operación esperada).
6. Obtener P_demanda,total aplicando FS: Σ P_demanda,grupo × FS_correspondiente.
7. Convertir potencia a corriente para dimensionamiento: I = P/(√3·V·PF).
8. Agregar corrientes de arranque, armónicos y margen de seguridad según normativa.

Ejemplo 1: Local comercial pequeño (calculado paso a paso)

Descripción: tienda de 150 m² con iluminación LED, tomas de clientes, un equipo HVAC de 7.5 kW y una caja registradora. Suministro: 400 V trifásico, PF estimado 0.95.

Datos iniciales

• Iluminación: 12 W/m² × 150 m² = 1,800 W = 1.8 kW.
• Tomas de uso general (área ventas): 10 tomas × 1.5 kW cada toma = 15 kW (potencia instalada).
• HVAC: 7.5 kW.
• Caja registradora y equipo punto de venta: 0.3 kW.

Aplicación de factores

Usamos FD típicos: Iluminación comercial FD = 0.9; Tomas FD = 0.6; HVAC FD = 0.95; Otros FD = 1.0.

Cálculos:

Supongamos simultaneidad entre iluminación+tomas+otras es 0.95 (alta coincidencia), mientras que HVAC opera de forma independiente con simultaneidad 0.8 respecto al resto.

Corriente trifásica (I_{3φ}):

Convertir kW a W: 16,074 W

Resultado y decisiones de diseño

• P_demanda,total ≈ 16.1 kW.
• Corriente de diseño ≈ 24.5 A. Seleccionar conductor y protección basados en corriente continua de carga y factores de corrección; por ejemplo, conductor para 32 A para margen.
• Verificar arranques de HVAC y armónicos; considerar un margen adicional del 25% si arranques significativos afectan calidad y protección.

Ejemplo 2: Planta industrial con múltiples secciones y motores

Descripción: planta con tres secciones A, B, C; cada sección tiene iluminación, tomas y motores. Suministro: 480 V trifásico, PF 0.9. Uso intensivo de motores con arranques escalonados.

Inventario por sección

Factores aplicados

• Iluminación FD = 0.9
• Tomas FD = 0.6
• Motores FD = 1.0
• Simultaneidad interna sección (FS_int) = 0.95
• Simultaneidad entre secciones (FS_ext) por operación escalonada = 0.85

Cálculo por sección

Sección A:

Sección B:

P_demanda_B = (6.0×0.9 + 4.0×0.6 + 20.0×1.0) × 0.95 = (5.4 + 2.4 + 20.0) × 0.95 = 27.8 × 0.95 = 26.41 kW

Sección C:

P_demanda_C = (7.0×0.9 + 5.0×0.6 + 15.0×1.0) × 0.95 = (6.3 + 3.0 + 15.0) × 0.95 = 24.3 × 0.95 = 23.085 kW

Simultaneidad entre secciones y demanda total

P_demanda_total = (43.51 + 26.41 + 23.085) × FS_ext = 92. - el subtotal exacto: 43.51 + 26.41 = 69.92; 69.92 + 23.085 = 93.005 kW

Corriente trifásica a 480 V y PF 0.9:

Análisis de arranque y decisiones

• Los motores representan la mayor parte de la demanda. Verificar corriente de arranque (Inrush) y aplicar criterio de coordinación y selectividad.
• Considerar arrancadores suaves o variadores de frecuencia si la suma de corrientes de arranque puede causar caídas de tensión o disparos de protección.
• Dimensionar transformador y conductores para corriente de carga con un margen del 25% o según normativa local.

Consideraciones adicionales: armónicos, factor de potencia y pérdidas

La calculadora debe incluir ajustes por factor de potencia y armónicos:

• Si PF < 0.9, corregir con bancos de capacitores y recalcular corriente: I = P / (√3 × V × PF).
• Armónicos generados por variadores y electrónicos de potencia requieren evaluación según IEEE 519 (limites de distorsión armónica) y considerar filtrado.
• Incluir pérdidas y temperatura ambiente para seleccionar conductor con capacidad real (uso de factores de corrección por agrupamiento y temperatura según normativa).

Implementación en una calculadora digital: parámetros y validaciones

Una herramienta digital debe permitir:

1. Entrada de lista de equipos con P_nominal, cantidad y categoría.
2. Selección de FD por categoría desde tablas normativas o personalizadas.
3. Definición de grupos y asignación de FS entre grupos.
4. Cálculo automático de P_demanda, corrientes y reportes para transformadores, conductores y protecciones.
5. Generación de alertas: excede capacidad de transformador estándar, alto índice de armónicos, PF bajo.

Validaciones técnicas imprescindibles

• Verificar que la suma de corrientes no supere la capacidad térmica del conductor después de aplicar factores de corrección.
• Comprobar coordinación de protecciones para evitar disparos intempestivos en arranques de motores.
• Registrar normativa aplicada (tabla FD, FS) en el informe para trazabilidad.

Buenas prácticas de ingeniería y criterios de seguridad

• Usar factores de demanda conservadores cuando no existan datos operativos históricos.
• Incluir margen de crecimiento y circuitos especiales para futuras ampliaciones.
• Evaluar el impacto de distorsión armónica y diseñar filtros si es necesario.
• Registrar y justificar cualquier desviación de tablas normativas en el expediente técnico.

Lista de comprobación para el informe final de carga

1. Inventario completo de equipos con potencias nominales y cantidades.
2. Tablas usadas con FD y FS aplicados (citar norma y sección).
3. Resumen de cálculos: ΣP_instalada, P_demanda por grupo, P_demanda,total.
4. Cálculo de corrientes y selección propuesta de conductores y protecciones.
5. Evaluación de arranques, PF, armónicos y recomendaciones de mitigación.
6. Comentarios sobre margen de crecimiento y necesidades de ampliación.

Referencias normativas y documentos técnicos

• NFPA 70 (NEC) — National Electrical Code: https://www.nfpa.org
• IEC 60364 — Instalaciones eléctricas de baja tensión: https://www.iec.ch
• IEEE Std 141 (Red Book) — guía para diseño de sistemas eléctricos de planta: https://www.ieee.org
• IEEE Std 519 — Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems: https://standards.ieee.org
• NOM-001-SEDE (México) — especificaciones oficiales para instalaciones eléctricas: consultar Diario Oficial de la Federación https://www.dof.gob.mx
• Comisión Federal de Electricidad — requisitos de interconexión y tarifas: https://www.cfe.mx

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Resumen ejecutivo técnico

Una calculadora de carga eléctrica profesional suma potencias instaladas, aplica factores de demanda por tipo de carga y factores de simultaneidad entre grupos, luego convierte la demanda a corriente para el dimensionamiento. Debe basarse en tablas normativas (NEC, IEC, NOM) y considerar arranques, factor de potencia y armónicos. Los ejemplos previos muestran aplicación práctica y cómo interpretar resultados para selección de conductores y protecciones.

Enlaces adicionales de consulta

• NFPA (NEC): https://www.nfpa.org/
• IEC webstore: https://www.iec.ch/
• IEEE Standards: https://standards.ieee.org/
• Diario Oficial de la Federación (NOM): https://www.dof.gob.mx/
• Comisión Federal de Electricidad (CFE): https://www.cfe.mx/

Si necesita, puedo generar una hoja de cálculo lista para usar (formatos Excel/CSV) con las tablas de FD/FS, plantillas de entrada y cálculos automáticos para integrarla en su calculadora de carga eléctrica.