Calculadora de demanda electrica de secadoras según método normativo — rápida

Este artículo presenta una calculadora normativa para demanda eléctrica de secadoras industriales completa precisa automatizada.

Se explica el método rápido normativo con ejemplos, tablas y fórmulas exactas para diseño industrial.

Alcance y objetivo del método rápido normativo

Este documento describe un procedimiento ágil, reproducible y basado en criterios normativos para estimar la demanda eléctrica de secadoras eléctricas. Está orientado a ingenieros eléctricos, proyectistas y responsables de instalaciones que necesitan una verificación rápida del dimensionamiento de alimentación, protecciones y transformadores.

Contexto técnico y supuestos básicos

• Se considera secadoras eléctricas con elementos calefactores y motores de tambor (motores de jaula o asíncronos).
• El método aplica factores de demanda (FD) y de simultaneidad para reflejar uso real frente a carga conectada.
• Los cálculos asumen tensiones industriales habituales (230/400 V, 400/690 V); se indicarán fórmulas para monofásico y trifásico.
• Para cumplimiento normativo se referencian normas IEC/EN y NFPA/NEC y documentos de fabricantes.

Fundamentos del cálculo: términos y variables

Se expresan las fórmulas usando notación HTML y se explican las variables con valores típicos. El proceso consta de tres pasos: determinar carga conectada, aplicar factor de demanda y convertir a corriente de diseño.

Variables principales

• P_conn : Potencia total conectada (kW) = suma de potencias eléctricas de resistencias y motores.
• FD : Factor de demanda (adimensional), refleja diversidades operativas por número de equipos.
• P_dem : Potencia de demanda (kW) = P_conn × FD.
• PF : Factor de potencia (adimensional). Valores típicos: resistivo PF≈1, motores PF≈0.8–0.95 (en pleno motor ≈0.85).
• η : Rendimiento (eficiencia) de motor o equipo (adimensional). Valores típicos motores ≈0.85–0.95.
• V : Tensión nominal entre fases (V) o fase a neutro (V).
• I : Corriente de diseño (A).
• S : Potencia aparente (kVA) = P_dem / PF.

Fórmulas básicas (notación HTML)

Mapa de fórmulas para cálculo rápido:

• P_conn = P_resist + P_motores (kW)
• P_dem = P_conn × FD (kW)
• S (kVA) = P_dem / PF
• Corriente monofásica: I (A) = (P_dem × 1000) / V
• Corriente trifásica: I (A) = (P_dem × 1000) / (√3 × V × PF)
• Capacidad transformador (kVA) ≈ S (kVA) × factor de seguridad (1.1–1.25)

Explicación de cada variable con valores típicos:

• P_resist: suma de elementos calefactores. Valores residenciales 2–6 kW; comerciales 6–20 kW; industriales 20–120 kW por unidad.
• P_motores: suma potencias nominales mecánicas; considerar factor servicio y eficiencia (convertir kW eléctricos = kW mecánico / η).
• FD: ver sección tabla de factores de demanda normativa rápida (suele disminuir con el número de secadoras y con jornadas no simultáneas).
• PF: cuando mezcla resistencias y motores, usar PF compuesto o calcular S por componente y sumar.

Tabla de valores típicos de secadoras y parámetros

Método normativo rápido: factores de demanda recomendados

El método rápido aplica un factor de demanda que reduce la carga conectada total según número de secadoras y patrón de uso. A continuación se propone una tabla práctica basada en experiencias industriales y principios de cálculo de demanda (adaptar según normas locales).

Nota: Estos FD son orientativos. Las normas locales (p. ej. tablas específicas en NEC, reglamentos nacionales o códigos técnicos) siempre prevalecen. En proyectos críticos preferir valores conservadores.

Cómo combinar resistencias y motores para FD y PF

Cuando la instalación contiene elementos predominantemente resistivos (calor) y motores, es recomendable:

1. Sumar por separado P_resist y P_motores.
2. Aplicar FD general o diferenciado (p. ej. FD_resist y FD_mot si la simultaneidad difiere).
3. Calcular S total sumando kVA de cada familia: S = Σ(Pi / PF_i).

Aspectos adicionales normativos y de protecciones

El cálculo de demanda debe integrarse con selección de conductores, protecciones y transformadores. Factores a considerar:

• Corrientes de arranque de motores: calcular selección de interruptores y evaluación de caída de tensión.
• Temperatura ambiente y agrupamiento de cables: aplicar correcciones según normas locales.
• Coexistencia con otras cargas (iluminación, HVAC): sumar las demandas respectivas y aplicar normas de simultaneidad.
• Verificación de continuidad del servicio y selectividad de protecciones.

Fórmulas para arranque de motor

Si se considera la corriente de arranque (I_start) para dimensionamiento de interruptores:

• I_nom (A) = (P_motor × 1000) / (√3 × V × PF × η)
• I_start ≈ k × I_nom, donde k = 4 – 8 según tipo de motor y método de arranque (estándar directo, estrella-triángulo, variador).

Ejemplo práctico 1: Lavandería pequeña (8 secadoras coin-op)

Descripción: 8 secadoras eléctricas coin-op, cada una con resistencia de 10 kW y motor 1.1 kW. Alimentación trifásica 400 V, PF motores 0.85, eficiencia motor 0.90. Se usa método normativo rápido con FD según tabla anterior.

Paso 1: Carga conectada

P_resist = 8 × 10 kW = 80 kW
P_motores = 8 × 1.1 kW = 8.8 kW
P_conn = 80 + 8.8 = 88.8 kW

Paso 2: Selección del FD

Para 8 secadoras tabla recomienda FD ≈ 0.60 – 0.75. Para diseño conservador usaremos FD = 0.70.

Paso 3: Potencia de demanda

P_dem = P_conn × FD = 88.8 × 0.70 = 62.16 kW

Paso 4: Factor de potencia compuesto

Calcularemos S por componente para mayor precisión:

• S_resist = P_resist / PF_resist = 80 kW / 1 = 80 kVA
• S_motores: considerar conversión por eficiencia y PF eléctrico: P_motores (eléctrico) ≈ P_mec / η = 8.8 / 0.90 ≈ 9.78 kW (eléctrico). Entonces S_motores = 9.78 / 0.85 ≈ 11.5 kVA
• S_conn ≈ 80 + 11.5 = 91.5 kVA
• PF compuesta ≈ P_conn / S_conn = 88.8 / 91.5 ≈ 0.971

Paso 5: Potencia aparente de demanda y corriente

S_dem (kVA) = P_dem / PF compuesta = 62.16 / 0.971 ≈ 64.03 kVA

Corriente trifásica I = (P_dem × 1000) / (√3 × V × PF compuesta) = (62.16 × 1000) / (1.732 × 400 × 0.971) ≈ 92.5 A

Comentarios de diseño

• Seleccionar transformación: kVA transformador ≈ 64.03 × 1.15 (margen) ≈ 73.6 kVA → elegir transformador estándar 75 kVA.
• Protección de línea: interruptor principal > I nominal; considerar I arranque: calcular I_nom para motores y aplicar k arranque. I_nom motor ≈ (1.1×1000)/(√3×400×0.85×0.90) ≈ 2.07 A; I_start ≈ 6×2.07 ≈ 12.4 A por motor. Para 8 motores simultáneos considerar perturbación a la red, pero la presencia de resistencias domina la demanda.
• Caída de tensión: verificar que caída V% sea aceptable (≤5% preferible) con distancias y sección de conductores.

Ejemplo práctico 2: Planta industrial con 4 secadoras de proceso

Descripción: 4 secadoras industriales trifásicas, cada una con resistencia eléctrica 45 kW y motor de 5 kW. Alimentación 400 V. PF de motores 0.88, eficiencia 0.92. Jornada continua con turnos. Aplicaremos FD conservador.

Paso 1: Carga conectada

P_resist = 4 × 45 = 180 kW
P_motores = 4 × 5 = 20 kW
P_conn = 200 kW

Paso 2: Factor de demanda

Con 4 unidades la tabla sugiere FD ≈ 0.70 – 0.85. Proyectamos procesos continuos con alta simultaneidad, por tanto FD = 0.80 (evaluación técnica).

Paso 3: Potencia de demanda

P_dem = 200 × 0.80 = 160 kW

Paso 4: Potencia aparente y corriente

Calcular S por familias:

• S_resist = 180 / 1 = 180 kVA
• P_motores eléctricos = 20 / 0.92 ≈ 21.74 kW
• S_motores = 21.74 / 0.88 ≈ 24.70 kVA
• S_conn ≈ 180 + 24.70 = 204.7 kVA
• PF compuesta ≈ P_conn / S_conn = 200 / 204.7 ≈ 0.977

S_dem = P_dem / PF compuesta = 160 / 0.977 ≈ 163.8 kVA

Dimensionamiento y verificación

• Transformador: kVA ≈ 163.8 × 1.15 ≈ 188.4 kVA → elegir transformador 200 kVA.
• Interruptor principal: elegir > I calculada y coordinar protecciones. Considerar selección por arranques de motores: I_nom motor ≈ (5×1000)/(√3×400×0.88×0.92) ≈ 9.0 A; I_start ≈ 6×9 ≈ 54 A por motor; si los 4 arrancas son simultáneos, suma de picos ≈ 216 A instantáneo — verificar selectividad y perturbaciones.
• Comprobación de caída de tensión: calcular sección de conductores para mantener caída ≤ 3–5%.

Recomendaciones prácticas para la implementación de la calculadora

1. Entrada de datos clara: número de secadoras, potencias resistivas, potencias de motores, tensión de suministro, PF estimado, eficiencia y FD seleccionado.
2. Opciones de FD: permitir selección automática por número de equipos o manual por el proyectista para condiciones especiales.
3. Desagregación de cargas: calcular kVA por familia (resistiva y motora) y luego sumar para PF compuesto preciso.
4. Incluir verificación de arranques y opción para incluir reductores de arranque o variadores que reduzcan corrientes de arranque y picos de demanda.
5. Resultados: P_conn, P_dem, S (kVA), I (A), tamaño transformador recomendado, y advertencias (arranque, caída de tensión, protecciones).

Consideraciones sobre verificación normativa y seguridad

Para asegurar cumplimiento, compare los resultados con las exigencias del reglamento eléctrico nacional y las normas aplicables:

• IEC 60364-5-52: Selección y puesta en obra de equipos eléctricos (tablas y directrices sobre corriente de carga y dimensionamiento).
• EN/IEC 60335-2-31: Requisitos particulares para la seguridad en secadoras (aplicables a equipos domésticos e industriales).
• IEC 60034: Especificaciones para máquinas rotativas (motores), útil para corrientes nominales y arranques.
• NFPA 70 (NEC): Cálculo de cargas y factores de demanda en instalaciones de Estados Unidos (ver artículo 220 y tablas relacionadas).

Enlaces de referencia

• IEC 60364 series — https://www.iec.ch/
• EN/IEC 60335-2-31 (secadoras) — https://www.cencenelec.eu/
• IEC 60034 (máquinas rotativas) — https://www.iec.ch/
• NFPA 70 (NEC) — https://www.nfpa.org/ (buscar Article 220)
• Guías de fabricantes de secadoras (ej.: datos técnicos de resistencias y motores) — consultar fichas técnicas de proveedores líderes

Ejercicios de validación y chequeos recomendados

• Comprobar la potencia nominal real en placa de la secadora y no solo la potencia declarada comercialmente.
• Validar PF y eficiencia con datos del fabricante; cuando no estén disponibles, usar valores conservadores.
• Verificar que la suma de arranques simultáneos no exceda la capacidad de alimentación; si es necesario, implementar escalonamiento de arranque.
• Simular escenarios de máxima demanda (p. ej. todos los equipos en ciclo de calefacción a la vez) y aplicar FD más conservador.

Limitaciones del método rápido y recomendaciones de verificación detallada

El método rápido es útil para estimaciones preliminares y dimensionamientos iniciales, pero presenta limitaciones:

• No sustituye un estudio completo de calidad de suministro y análisis transitorio de arranque en instalaciones con alta masa de motores.
• No incluye análisis armónico causado por variadores de frecuencia o cargas no lineales; estos deben calcularse por separado.
• Recomendable realizar un estudio detallado si la instalación interactúa con equipos sensibles (instrumentación, control PLC, UPS).

Resumen operativo para calculadora normativa rápida

1. Ingresar datos por equipo: P resistiva, P motor, PF, η, tensión.
2. Calcular P_conn = Σ potencias.
3. Seleccionar FD según número y patrón de uso.
4. Calcular P_dem = P_conn × FD.
5. Calcular S y corriente con PF compuesto.
6. Dimensionar transformador con margen y verificar arranques y caída de tensión.

Checklist para entrega documental

• Ficha técnica de cada secadora con P resistiva y P motor.
• Documento que justifique FD aplicado (tabla y criterio).
• Resumen de resultados: P_conn, P_dem, S, I, transformador recomendado.
• Análisis de arranques y propuesta de mitigación (variadores, arranques progresivos, escalonamiento).
• Verificación de conformidad con normas locales y firma de responsable técnico.

Conclusiones operativas (aspectos clave para el proyectista)

• La herramienta basada en el método normativo rápido permite dimensionar con rapidez alimentaciones y transformadores para secadoras.
• Siempre validar con datos de fabricante y aplicar un FD coherente con la operación real; cuando exista incertidumbre, usar valores conservadores.
• Considerar corrientes de arranque y efectos en la calidad de la red; en casos críticos realizar simulaciones transitorias.

Fuentes y referencias normativas

• IEC 60364: Instalaciones eléctricas de baja tensión — principios de cálculo y selección de conductores. https://www.iec.ch/
• IEC/EN 60335-2-31: Seguridad de secadoras (particularmente para secadoras domésticas y comerciales). https://www.cencenelec.eu/
• IEC 60034: Especificaciones y ensayos de máquinas rotativas — datos para motores. https://www.iec.ch/
• NFPA 70 (NEC): National Electrical Code — cálculo de cargas y factores de demanda. https://www.nfpa.org/
• Guías prácticas de fabricantes (ej. fichas técnicas Whirlpool, Electrolux, Huebsch) como referencia para potencias nominales.

Si desea, puedo generar una hoja de cálculo o una pequeña calculadora web (formulario) que implemente este método, con entrada de parámetros, opción de seleccionar FD automático o manual y salida de resultados listos para memoria de cálculo.