Calculadora de factor de demanda desde cargas y demanda

Este artículo explica cálculo técnico del factor de demanda aplicado a instalaciones eléctricas industriales modernas.

Incluye fórmulas, tablas, ejemplos y normativa para realizar una calculadora precisa y verificable en campo

Conceptos fundamentales del factor de demanda

El factor de demanda es una relación adimensional que permite convertir carga conectada en carga máxima esperada. Se emplea en dimensionamiento de redes, protección y coordinación de sistemas eléctricos.

Definiciones clave

• Factor de demanda (DF): razón entre la demanda máxima real observada y la suma de las cargas conectadas.
• Carga conectada (S_con): suma aritmética de las potencias nominales de todos los equipos conectados (W o VA).
• Demanda máxima (S_dem): valor real o estimado de la potencia requerida simultáneamente en un instante o periodo de cálculo.
• Factor de simultaneidad o de coincidencia (CF): factor que expresa la probabilidad de que equipos funcionen simultáneamente.
• Factor de diversidad: término usado frecuentemente en normativa para asignar porcentajes reducidos a grupos de cargas.

Formulación matemática y variables

Las expresiones básicas usadas en la calculadora de factor de demanda son deterministas y se pueden implementar fácilmente.

Fórmula básica:

Donde:

• S_dem = Demanda máxima prevista (W o VA).
• S_con = Suma de cargas conectadas (W o VA).
• DF = Factor de demanda (adimensional, 0 <= DF <= 1, típicamente entre 0.2 y 1.0).

Para conjuntos de cargas con factores específicos:

Donde:

• S_con,i = carga conectada del grupo i.
• DF_i = factor de demanda asignado al grupo i (según normativa o práctica de ingeniería).

Ejemplo de cálculo de DF global a partir de grupos:

Explicación de variables y valores típicos

• S_con: se expresa en W o VA. Ejemplo típico: iluminación 5.000 W, enchufes 8.000 W.
• S_dem: resultado de aplicar DF_i a cada grupo; puede calcularse por horas de uso, registro histórico o tablas normativas.
• DF_i: valores típicos (consultar tablas siguientes). Ejemplos: iluminación comercial 0.6–0.8, motores industriales individuales 1.0, tomas de corriente generales 0.6–0.8, cocinas eléctricas domésticas 0.35–0.7 según cantidad y uso.

Tablas de factores de demanda típicos por tipo de carga

Metodología para construir la calculadora

La calculadora debe aceptar por grupo de carga: descripción, potencia conectada, factor de demanda asignado y prioridad. El algoritmo suma las demandas por grupo y calcula la DF global.

1. Entrada: lista de n grupos con S_con,i y DF_i.
2. Cálculo de demanda por grupo: S_dem,i = S_con,i × DF_i.
3. Suma de demandas: S_dem = Σ S_dem,i.
4. Suma de conectadas: S_con_total = Σ S_con,i.
5. DF_global = S_dem / S_con_total.
6. Salida: S_dem (VA), DF_global (adimensional), porcentaje de reducción frente a S_con_total.

Consideraciones de implementación

• Usar las mismas unidades (W o VA) para todas las entradas. Para motores trifásicos, convertir hp a W o VA con factor de potencia y rendimiento.
• Permitir asignar DF_i por defecto desde tablas o por entrada manual según estudio.
• Incluir opción de aplicar factores de simultaneidad entre grupos (matriz de coincidencia) para casos complejos.
• Registrar supuestos y normativa aplicada por defecto en la salida para trazabilidad.

Tabla de ejemplos de factores por cantidad de aparatos (valores comunes)

Ejemplos reales resueltos

Presento dos casos detallados con supuestos, cálculos paso a paso y resultados finales. Esto permite validar implementaciones y verificar coherencia con normativa.

Ejemplo 1: Local comercial mediano — cálculo del DF y demanda

Supuestos iniciales:

• Iluminación: 6.000 W (LED)
• Tomas de uso general: 4.000 W
• 2 equipos HVAC (cada uno 8.000 W conectado) => 16.000 W
• 1 motor de extracción 3.000 W
• Total carga conectada S_con_total = 6.000 + 4.000 + 16.000 + 3.000 = 29.000 W
• DF asignados (valores típicos): iluminación 0.7, tomas 0.6, HVAC 0.9, motor 1.0

Cálculo por grupo:

Resultados e interpretación:

• Demanda máxima prevista S_dem_total = 24.000 W.
• Factor de demanda global = 0.828 (82,8%), lo que indica que la demanda prevista es el 82,8% de la carga instalada.
• Si el diseñador requiere margen para arranques transitorios (por ejemplo arranques de compresores), conviene revisar corrientes de arranque y protección. Para dimensionamiento de conductores permanentes, se puede usar S_dem_total como potencia de cálculo, considerando factor de potencia y corriente máxima permitida.

Ejemplo 2: Edificio residencial plurifamiliar — cálculo agrupado y DF global

Escenario y supuestos:

• Edificio con 10 viviendas idénticas.
• Por vivienda: iluminación 1.200 W, enchufes 3.000 W, cocina eléctrica (rango) 4.000 W, calentador eléctrico 2.000 W.
• S_con por vivienda = 1.200 + 3.000 + 4.000 + 2.000 = 10.200 W.
• S_con_total = 10 viviendas × 10.200 W = 102.000 W.
• DF asignados según práctica y tablas: iluminación residencial 0.6, enchufes 0.6, cocina por vivienda 0.5 (por diversidad doméstica), calentador 0.9 (alta probabilidad en invierno).

Cálculo por vivienda (demanda individual estimada):

Interpretación:

• Demanda prevista por normativa y suposiciones: 63,2 kW.
• DF global ≈ 0.62 (62%), reflejando alta diversidad entre viviendas.
• Para tramos generales y acometidas se suele cotejar con tablas del código local (NEC, IEC, CTE según país). Diversidad adicional puede aplicarse para sistemas de calefacción central o generación conjunta.

Aplicación práctica: conversión a corriente y dimensionamiento

Una calculadora de factor de demanda debe convertir potencia demandada a corriente para dimensionar conductores, interruptores y equipos de protección.

Fórmula de conversión para sistema trifásico (W a A):

Para sistema monofásico:

Donde:

• I_line = corriente de línea (A).
• S_dem = potencia demandada en VA o W (si se incluye PF se usa VA; si W, dividir por PF para obtener VA).
• V_line = tensión de línea (por ejemplo 400 V trifásica, 230 V monofásica).
• PF = factor de potencia (típico 0.8 – 1.0; usar 0.95 para cargas resistivas, 0.85–0.9 para cargas mixtas industriales).

Ejemplo rápido (usar datos del Ejemplo 1, sistema trifásico 400 V, PF promedio 0.9):

Dimensión de conductor y protección se seleccionan con los factores de corrección y caída de tensión conforme a normativa.

Normativa y referencias externas recomendadas

Para un cálculo formal y conforme al código aplicable, consulte siempre la normativa local y documentos de referencia internacional:

• NFPA 70 – National Electrical Code (NEC). Artículo 220: Cálculo de cargas y factores de demanda. https://www.nfpa.org/ (acceso y compra de textos oficiales)
• IEC 60364 – Instalaciones eléctricas de baja tensión (parte sobre selección de cargas y distribución). https://www.iec.ch/
• BS 7671 – IET Wiring Regulations (recomendaciones y tablas para el Reino Unido). https://www.theiet.org/
• IEEE standards – guías para potencia y coordinación de sistemas. https://www.ieee.org/
• Reglamentos locales y guías de la autoridad competente en su país (p. ej. CTE en España, normas NOM en México, etc.).

Notas sobre aplicación normativa

• Las tablas y factores presentados en este artículo son orientativos. Las tablas oficiales del NEC (por ejemplo Table 220.55 para estufas/ranges en edificaciones) deben prevalecer cuando aplique su jurisdicción.
• Al aplicar reducción por demanda en cargas de potencia elevada (motores, HVAC), verifique recomendaciones de fabricantes y ensayos de arranque para no subdimensionar protecciones.

Buenas prácticas y consideraciones avanzadas

• Registro de consumos reales: Instale monitorización para validar DF estimados y actualizar la calculadora con datos históricos.
• Análisis de coincidencia temporal: use curvas de carga horarias y análisis estadístico para refinar DF_i en función de horas punta.
• Incorporación de cargas críticas y redundancia: marque cargas críticas con DF = 1 para asegurar suministro y capacidad de UPS/generadores.
• Software y simulación: integre la calculadora con herramientas de cálculo eléctrico que consideren PF, armónicos, y variaciones de tensión.
• Seguridad y margen: aplicar factores de seguridad y cumplir con los requisitos mínimos de protección y puesta a tierra establecidos por normativa.

Checklist para verificar un cálculo de factor de demanda

1. Confirmar unidades homogéneas y factores de potencia utilizados.
2. Comprobar suma de cargas conectadas y clasificación por grupos.
3. Asignar DF_i basados en tablas normativas o en mediciones históricas.
4. Calcular S_dem por grupo y comprobar la consistencia del DF_global.
5. Convertir S_dem a corrientes y verificar selección de conductores y dispositivos de protección.
6. Documentar supuestos y referencias normativas empleadas.

Conclusión técnica (resumen operativo)

La calculadora de factor de demanda transforma cargas conectadas en demanda previsional usando factores por grupo. Es una herramienta esencial para dimensionamiento, prevención de sobrecarga y optimización económica.

Implementarla correctamente requiere tablas normativas, datos históricos y considerar factores de simultaneidad, arranque y criticidad de cargas.

Bibliografía y enlaces útiles

• NFPA. NFPA 70: National Electrical Code. https://www.nfpa.org/
• International Electrotechnical Commission (IEC). https://www.iec.ch/
• IET. BS 7671 Requirements for Electrical Installations. https://www.theiet.org/
• IEEE Xplore Digital Library – normas y artículos técnicos. https://ieeexplore.ieee.org/
• Manuales de fabricantes de equipos HVAC y motores — para corrientes de arranque y factores reales de utilización.