Este artículo explica cálculos de cargas por equipos fijos, suma y demanda normativa práctica detallada.
Se presentan métodos, tablas, fórmulas y ejemplos reales para diseño eléctrico correcto seguro eficiente normado.Calculadora de cargas por equipos fijos: suma de carga conectada, carga demandada y corriente estimada
Fundamentos del cálculo de cargas por equipos fijos
El cálculo de cargas por equipos fijos diferencia entre la suma de cargas individuales y la demanda real prevista. La suma es la agregación aritmética de potencias nominales; la demanda aplica factores de simultaneidad y diversidad para obtener la carga esperada a alimentar.
Definiciones clave
- Suma de cargas: ΣP_i, suma de todas las potencias nominales (W o VA) conectadas permanentemente.
- Demanda: P_demanda, potencia representativa que la instalación realmente requiere en condiciones típicas.
- Factor de demanda (FD): coeficiente aplicado a la suma para estimar la demanda real (0 ≤ FD ≤ 1.0).
- Factor de simultaneidad (FS): reduce la suma cuando no todos los equipos funcionan al mismo tiempo.
- Potencia aparente (S): en VA, S = V × I para monofásico; S = √3 × V_linea × I_linea para trifásico.
- Factor de potencia (PF): cos φ, relación entre P (activo) y S (aparente).
Por qué es crítico diferenciar suma y demanda
Diseñar sobre la suma sin aplicar factores conduce a sobredimensionamiento costoso. Ignorar diversidad puede ocasionar sobredemanda de la red y protecciones inadecuadas. Un cálculo adecuado optimiza conductores, protecciones y transformadores, garantizando cumplimiento normativo y economía de inversión.
Metodología paso a paso para la calculadora de cargas
- Inventario: listar todos los equipos fijos con sus potencias nominales (W o VA) y características (monofásico/trifásico, PF, continuo o intermitente).
- Convertir unidades: unificar en W o VA. Para motores y cargas no lineales usar VA si PF desconocido.
- Aplicar factores de corrección por temperatura, agrupamiento o condiciones especiales si procede según normativa.
- Agrupar cargas por usos (iluminación, tomas, HVAC, motores, cocinas, calentadores) para aplicar factores de demanda por grupo.
- Calcular suma por grupo y luego aplicar el factor de demanda correspondiente para obtener la demanda parcial.
- Sumar las demandas parciales para obtener P_demanda total.
- Convertir P_demanda a corriente nominal: I = P / (V × PF) para monofásico; I = P / (√3 × V_linea × PF) para trifásico.
- Seleccionar conductores y protecciones conforme a la corriente calculada y requisitos normativos (temperatura, caída de tensión, coordinación de protecciones).
Fórmulas esenciales (explicadas y con variables)
Explicación de variables y valores típicos
- P, P_i, P_grupo: potencia activa en vatios (W). Valores típicos: iluminación LED 10–20 W por punto, tomas 100–200 W por tomacorriente, electrodomésticos 1.000–4.000 W, motores 0.5–50 kW.
- S: potencia aparente en VA. Utilizada para dimensionar transformadores y conductores cuando PF no es 1.
- PF: factor de potencia, valores típicos: iluminación LED 0.9–0.98, motores asíncronos 0.7–0.95 bajo carga, cargas electrónicas 0.6–0.99 según corrección.
- V, V_linea: tensión de servicio. Ejemplos: monofásico 230 V, trifásico 400 V (Europa), 120/208 V o 277/480 V (EE. UU.).
- FD (factor de demanda): depende del tipo de carga; se muestran valores en tablas abajo según normativa típica.
Tablas de cargas y factores de demanda comunes
| Tipo de equipo | Potencia típica (W) | Factor de potencia (PF) típico | Factor de demanda típico (FD) | Comentarios |
|---|---|---|---|---|
| Iluminación LED por luminaria | 10–100 | 0.90–0.98 | 0.70–1.00 | Alta eficiencia, aplicar FD según horario y ocupación |
| Tomas de uso general (por tomacorriente) | 100–200 | 0.95–1.00 | 0.50–1.00 | Aplicar FD por circuitos y diversidad de usuarios |
| Motor pequeño (0.5–5 kW) | 500–5.000 | 0.70–0.90 | 0.75–1.00 | Considerar arranque y factor de servicio |
| Motor grande (>5 kW) | 5.000–50.000+ | 0.70–0.95 | 0.90–1.00 | Usar demanda del motor y considerar fact. de arranque |
| HVAC — unidad paquete | 1.000–20.000 | 0.85–0.95 | 0.60–0.95 | FD depende de simultaneidad y control horario |
| Cocina comercial — hornos y cocinas | 2.000–20.000 | 0.95–1.00 | 0.60–1.00 | Alta demanda durante picos; aplicar factores por artículo |
| Calentador eléctrico | 1.000–6.000 | 1.00 | 0.50–1.00 | Si es programable, FD menor |
| Elevador | 1.500–15.000 | 0.80–0.95 | 0.40–0.85 | Demanda reducida por uso intermitente |
| Grupo | Ejemplo de aplicación | Regla típica de FD | Referencia normativa frecuente |
|---|---|---|---|
| Iluminación | Edificios comerciales, oficinas | 0.75–1.0 según horario y ocupación | IEC 60364-5-56 / REBT ITC-BT-10 |
| Tomas generales | Oficinas, viviendas | 0.5–0.8 por circuito; 1.0 para suma de múltiples circuitos | NEC Art. 220 / REBT |
| Motores | Bombas, compresores | 0.9–1.0 para motores clave; aplicar demand factor para grupos variados | IEEE Std. 141 / IEC 60034 |
| Equipos de cocina | Restaurantes | Por artículo: FD específico por tipo (hornos, freidoras) | NEC Art. 220.55 / REBT ITC |
Aplicación práctica de la calculadora: criterios y ajustes normativos
La calculadora debe permitir seleccionar normativa local (NEC, IEC, REBT u otra), ya que los factores de demanda y reglas de agrupamiento varían. Implementar opciones para:
- Selección de tensión y sistema (monofásico/trifásico, conexión estrella/triángulo).
- Ingresar potencias nominales y factor de potencia por equipo.
- Asignar cada equipo a un grupo y aplicar el FD correspondiente.
- Incluir cargas continuas (>3 h) que exigen protección a 125% en varios códigos.
- Calcular corrientes y proponer calibres de conductor y disparadores conforme tablas normativas.
Consideraciones específicas por norma
- NEC (NFPA 70): reglas de demanda para vivienda, comercios y motores; carga continua al 125% para dispositivos de protección.
- IEC 60364: enfoque modular y clasificación de circuitos; recomendaciones de diversidad.
- REBT (España): ITC-BT y guías complementarias con factores y tablas específicas.
Ejemplo 1: Local comercial pequeño (oficina) — desarrollo completo
Datos del proyecto:
- Tensión: trifásica 400/230 V.
- Listado de equipos fijos:
| Equipo | Cantidad | Potencia unitaria (W) | PF | Uso |
|---|---|---|---|---|
| Iluminación LED (paneles) | 40 | 30 | 0.95 | Oficinas, continuo parcial |
| Tomas de uso general | 25 | 150 | 0.98 | PCs, impresoras |
| Equipo de climatización (unidad paquete) | 1 | 5.000 | 0.90 | HVAC |
| Servidor y equipos de red | 1 | 1.200 | 0.95 | Continuo |
1) Suma de potencias (P_total):
P_total = (40 × 30) + (25 × 150) + 5.000 + 1.200 = 1.200 + 3.750 + 5.000 + 1.200 = 11.150 W
2) Agrupar y aplicar factores de demanda (ejemplo según práctica común):
- Iluminación: FD_ilum = 0.8 → Demanda_ilum = 1.200 × 0.8 = 960 W
- Tomas generales: aplicar FD_circuitos = 0.6 (diversidad) → Demanda_tomas = 3.750 × 0.6 = 2.250 W
- HVAC: FD_HVAC = 0.9 → Demanda_HVAC = 5.000 × 0.9 = 4.500 W
- Servidores (carga continua): FD_servidor = 1.0 → Demanda_servidor = 1.200 W
3) Sumar demandas parciales:
4) Convertir a corriente trifásica (usar PF promedio ponderado o conservador). Estimemos PF_med = 0.92.
5) Selección preliminar de conductor y protección:
- Corriente calculada ~14 A por fase. Seleccione conductor para 20–25 A según normativa y temperatura ambiente (p. ej., 2.5 mm² cobre podría ser suficiente en varias normativas, pero confirmar según tabla y caída de tensión).
- Protección magnetotérmica valor comercial 16 A o analizar conjunto y continuidad; para cargas continuas considerar 125% en la protección si la norma lo exige.
Observaciones: aplicar verificación de caída de tensión, inicio de motores (corriente de arranque del HVAC), y posibles armónicos por servidores y electrónica. Si arranque del compresor requiere más corriente, considerar protección y arranque suave o incrementar sección del conductor temporalmente.
Ejemplo 2: Restaurante mediano — desarrollo completo
Datos del proyecto:
- Tensión: monofásico 230 V para la mayor parte, trifásico 400 V disponible para equipo pesado.
- Listado de equipos fijos (ejemplos):
| Equipo | Cantidad | Potencia unitaria (W) | PF | Conexión |
|---|---|---|---|---|
| Iluminación general | 60 | 18 | 0.95 | Monofásico |
| Refrigerador + congelador (industrial) | 2 | 2.500 | 0.85 | Trifásico |
| Horno profesional | 1 | 8.000 | 0.98 | Trifásico |
| Freidora | 2 | 4.000 | 0.98 | Monofásico |
| Lavavajillas | 1 | 3.500 | 0.95 | Monofásico |
| Pequeños equipos (batidoras, etc.) | 6 | 800 | 0.95 | Monofásico |
1) Sumar potencias por grupo:
Horno: 8.000 W
Lavavajillas: 3.500 W
2) Aplicar factores de demanda típicos (ejemplo práctico):
- Iluminación FD = 0.8 → 1.080 × 0.8 = 864 W
- Refrigeración FD = 0.9 → 5.000 × 0.9 = 4.500 W
- Horno FD = 0.85 (uso intenso pero no simultáneo con todas las recetas) → 6.800 W (8.000 × 0.85)
- Freidoras FD = 0.9 → 8.000 × 0.9 = 7.200 W
- Lavavajillas FD = 0.7 → 3.500 × 0.7 = 2.450 W
- Pequeños equipos FD = 0.6 → 4.800 × 0.6 = 2.880 W
3) Separar cargas trifásicas y monofásicas para cálculo de corrientes y equilibrado:
- Trifásico: refrigeración (4.500 W) + horno (6.800 W) = 11.300 W
- Monofásico: iluminación (864 W) + freidoras (7.200 W) + lavavajillas (2.450 W) + pequeños equipos (2.880 W) = 13.394 W
6) Diseño y protecciones:
- Trifásico: seleccionar interruptor y conductor para 25–32 A considerando arranques de refrigeradores y horno.
- Monofásico: circuito distribuido en varios circuitos; 61 A total exige varios circuitos de 32 A o 40 A, distribución equilibrada y protección diferencial.
Observaciones: En cocinas comerciales aplicar procedimientos normativos para equipos de alta demanda (NEC 220.55 para cargas de cocina), y considerar alimentación trifásica para equipo pesado.
Implementación de una calculadora: requisitos de entrada y salidas
Entradas mínimas:
- Lista de equipos con potencia, PF, tipo de conexión, cantidad y categoría de uso.
- Selección de normativa y parámetros regionales (V, condiciones ambientales, criterios de continuidad).
- Selección de FD por grupo o uso, con posibilidad de aplicar tablas predefinidas.
Salidas recomendadas:
- Reporte de suma de cargas por grupo y demandada.
- Corrientes por circuito y por fase.
- Sugerencia de calibres de conductor y disparadores, con verificación de caída de tensión.
- Resumen con órdenes de magnitud para transformadores y generadores si aplica.
Verificación normativa y criterios de seguridad
Al desarrollar y usar una calculadora se debe garantizar trazabilidad de los criterios y tablas empleadas, y permitir la actualización según versiones de norma. Registrar supuestos (PF estimado, FD aplicado) y justificar decisiones para auditorías técnicas.
Normas y referencias oficiales
- NFPA 70 — National Electrical Code (NEC): https://www.nfpa.org/
- IEC 60364 series — Low-voltage electrical installations: https://www.iec.ch/
- REBT (Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión) — España, BOE: https://www.boe.es/
- IEEE Std. 141 (Red Book) — Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants: https://www.ieee.org/
- EN standards / CENELEC for European design rules: https://www.cenelec.eu/
Buenas prácticas y recomendaciones técnicas
- Siempre verificar factores de demanda con datos reales cuando estén disponibles del cliente o del fabricante.
- Implementar margen de seguridad para cargas críticas y continuas (por ejemplo, alimentación de servidores y equipos médicos).
- Considerar la gestión de armónicos y la calidad de la energía al incluir electrónica de potencia y variadores.
- Realizar balance de fases en sistemas trifásicos para reducir neutro y pérdidas.
- Documentar todas las asunciones: PF, FD, condiciones ambientales y criterios de carga continua.
Conclusión técnica
Una calculadora de cargas por equipos fijos que distinga entre suma y demanda es esencial para diseño eléctrico óptimo. Aplicar factores de demanda normativos, desglosar cargas por grupos y usar PF realistas mejora la precisión. La implementación debe ser transparente, actualizable y vinculada a normativa para asegurar conformidad y rendimiento.
Lecturas adicionales y guías prácticas
- Guía práctica sobre factorización de demanda — manuales de fabricantes de equipos de cocina y HVAC.
- Documentos técnicos de IEEE sobre arranque y comportamiento dinámico de motores.
- Publicaciones oficiales del organismo regulador eléctrico local para interpretación de la normativa aplicable.
Referencias normativas directas y enlaces: NFPA (https://www.nfpa.org/), IEC (https://www.iec.ch/), REBT BOE (https://www.boe.es/), IEEE (https://www.ieee.org/).