Cálculo de demanda eléctrica: factor de demanda, diversidad y reserva

Qué es el estudio de demanda eléctrica

El estudio de demanda responde a una pregunta engañosamente simple: ¿cuánta potencia va a solicitar realmente esta instalación en su peor instante? La respuesta ingenua — sumar todos los motores, lámparas y tomas de la lista de equipos — da la carga conectada (instalada), un número que ninguna planta real alcanza, porque las cargas no operan todas a plena potencia en el mismo instante. La respuesta útil es la demanda máxima: la carga conectada filtrada por una cadena de factores que modelan cómo se comporta la instalación de verdad.

Esa demanda es el número más consecuente del proyecto. Dimensiona el transformador aguas arriba y el generador de emergencia, define la ampacidad de cada alimentador y el frame de cada interruptor general, y decide si un tablero tiene espacio para las cargas todavía en el plano. Errar por debajo y la fuente dispara o se quema; errar por encima y se ha pagado por cobre y hierro que nunca conducirán corriente — y un transformador operando muy por debajo de la placa queda en un factor de potencia malo.

De la placa a la potencia instalada

El estudio trabaja de abajo hacia arriba, una carga a la vez. La placa de un motor da la potencia mecánica de eje (en kW o cv); la red debe entregar más que eso, porque el propio motor tiene pérdidas y consume potencia reactiva. Dos conversiones llevan la placa al valor eléctrico instalado:

S_inst = (P_eje / η) / cosφ

Dividir por el rendimiento η transforma la potencia de eje en potencia eléctrica activa (las pérdidas del motor son carga real en el cable); dividir por el factor de potencia cosφ transforma la potencia activa [kW] en aparente [kVA], que es la base de dimensionamiento de conductores y transformadores. Una carga ya especificada en kVA (un tablero de iluminación, un panel electrónico) omite la etapa de rendimiento — ya es un valor eléctrico.

De la potencia instalada a la demanda

Ninguna carga opera continuamente en su potencia instalada plena. El factor de demanda FD captura la fracción efectivamente solicitada en el pico. La potencia demandada de una carga es simplemente:

S_dem = S_inst · FD

El factor de servicio FS no entra aquí. El FS (típicamente 1,15 para motores continuos) es la sobrecarga TÉRMICA admisible del motor, no una carga de régimen — se consume aguas abajo en la protección (limita el ajuste del relé de sobrecarga / interruptor-motor, 125 % de la corriente nominal si FS ≥ 1,15), mientras que el margen de operación en el ramal y el margen de expansión global cubren el resto. Incorporar el FS en la demanda infla cada nivel del árbol en ~15 %.

Una carga declarada en régimen de reserva contribuye con cero — por definición, no está operando mientras su compañera de servicio opera. Esta es la fuente más común de sobredimensionamiento: contar las dos mitades de un par redundante.

Acumulando la demanda en el árbol

Las cargas alimentan tableros; los tableros alimentan otros tableros y transformadores; los transformadores alimentan la red o un generador. El estudio recorre ese árbol de las hojas hacia arriba, acumulando kW, kVAr y kVA. En un tablero, dos factores de proyecto se aplican a la suma de los hijos:

S_tablero = (Σ S_dem,i) · g · (1 + r)

El factor de diversidad (simultaneidad) g queda por debajo de 1 porque los picos individuales de muchos circuitos no coinciden — cuantos más circuitos pequeños agrega un tablero, menor puede ser g con seguridad. La fracción de reserva r añade entonces capacidad sobrante (con frecuencia 20 %) para que el tablero y su fuente absorban cargas futuras. Un nodo transformador es pasa-a-través: solo suma los hijos, sin diversidad ni reserva extra, pues esas ya se aplicaron en los tableros debajo de él.

Una disciplina crítica aquí: la diversidad se aplica una vez, en el tablero que de hecho agrega circuitos independientes — no compuesta en cada nivel. Multiplicar un factor por debajo de 1 en cada peldaño de un árbol profundo subdimensiona silenciosamente la fuente de forma peligrosa.

Corriente, fuente y demanda de emergencia

Conocida la demanda de un tablero en kVA, la corriente de línea que define su interruptor general y el alimentador de entrada se sigue directamente:

I = S · 1000 / (√3 · V) para un tablero trifásico (use S·1000/V en el monofásico).

Para elegir el transformador o generador, se suma un 15 % de margen de expansión sobre la demanda acumulada y se redondea hacia arriba a la próxima potencia comercial estándar. El mismo roll-up, restringido a las cargas marcadas esenciales, entrega la demanda de emergencia — el kVA que un generador de emergencia debe soportar — que la ISO 8528 refina luego para el arranque (inrush) de los motores y el escalón de carga.

Leyendo el resultado

Un buen estudio de demanda muestra cada nivel cargado cómodamente por debajo de su capacidad de placa:

• Por tablero, la ocupación (demanda ÷ capacidad) debe dejar libre la reserva declarada — verde muy por debajo del 80 %, ámbar al acercarse al límite, rojo por encima del 100 %.
• Por transformador, la demanda acumulada más el margen de expansión del 15 % debe caer en una potencia estándar con la capacidad sobrante prevista, no rozar la potencia siguiente.
• Por generador, la suma de las cargas esenciales debe incluir el escalón de arranque del motor mayor, no solo la demanda en régimen.
• Instalada vs demandada, la diferencia entre ambas (aquí ~87 kVA instalados contra ~70 kVA demandados antes de la diversidad) es el valor tangible del estudio — es la capacidad que no hubo que comprar.

Precauciones prácticas

• Agrupe por naturaleza de la carga. Iluminación, motores, tomas y cargas de proceso tienen cada uno su rango de factor de demanda; un único FD para toda la planta esconde el cuadro real.
• Mantenga el factor de servicio fuera de la demanda. El FS dimensiona la protección de sobrecarga del motor (ajuste del relé / interruptor), no la potencia demandada; la demanda usa solo el FD.
• Excluya el régimen de reserva. Las unidades de reserva están cubiertas por sus compañeras de servicio; contarlas infla fuente y generador por igual.
• Aplique la diversidad una vez. En el tablero que agrega — nunca compuesta nivel a nivel.
• Alinee los factores con la norma. La NBR 5410 (y la IEC 60364) enmarcan los factores de demanda y de utilización en baja tensión; la IEEE 141 da orientación industrial; la ISO 8528 gobierna la potencia del generador.

Seguido en este orden — placa a instalada, instalada a demandada, roll-up con diversidad y reserva, luego corriente y fuente — el estudio de demanda produce la lista de cargas de la que depende toda decisión aguas abajo (cable, protección, transformador, generador), y mantiene la instalación a la vez segura y económica.