Carga total de edificios

2. Marco Teórico y Fundamentos

2.1 Definiciones y Conceptos Clave

En el análisis de la carga total de un edificio, es fundamental comprender ciertos conceptos y términos que permiten cuantificar y dimensionar correctamente las instalaciones eléctricas. Entre los principales conceptos se encuentran:

• Carga eléctrica: Es la cantidad de potencia que un conjunto de equipos, aparatos o instalaciones consume en un momento dado, expresada en vatios (W) o kilovatios (kW). La carga eléctrica determina la capacidad necesaria del sistema de suministro eléctrico para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente.
• Potencia instalada: Es la suma de las potencias nominales de todos los aparatos y equipos que se prevé instalar en un edificio. Representa la capacidad máxima que puede requerir la instalación en condiciones normales de uso.
• Carga conectada: Es la potencia total de todos los aparatos que están conectados a la instalación, independientemente de si están en uso o no.
• Carga simultánea: Es la proporción de la carga total que se espera que funcione simultáneamente en un momento dado, considerando las características del uso del edificio.
• Demanda máxima: Es el valor máximo de carga que puede producirse en un momento específico, teniendo en cuenta las condiciones de utilización y las restricciones del sistema eléctrico.

Estos conceptos permiten no solo dimensionar adecuadamente los conductores, protecciones y cuadros eléctricos, sino también optimizar el uso de recursos y garantizar la seguridad del sistema.

2.2 Teorías y Principios

El cálculo de la carga total en edificios se fundamenta en principios técnicos derivados del análisis de cargas eléctricas y su distribución. La base teórica principal es el principio de sumatoria de cargas, que establece que la carga total es la suma algebraica de todas las cargas individuales presentes en la instalación.

Para determinar esta carga, se consideran factores como:

• Factores de simultaneidad: coeficientes que ajustan la suma de cargas para reflejar el uso real esperado, ya que no todos los aparatos estarán en funcionamiento al mismo tiempo.
• Coeficiente de diversidad: refleja la probabilidad de que varias cargas funcionen simultáneamente, permitiendo reducir el dimensionamiento sin comprometer la seguridad.
• Cargas continuas y no continuas: diferenciando entre cargas que operan durante largos períodos (como iluminación) y aquellas ocasionales (como maquinaria puntual).

El cálculo correcto requiere aplicar estos principios para obtener una estimación realista y eficiente del consumo energético total, evitando sobredimensionamientos costosos o subdimensionamientos peligrosos.

2.3 Desarrollo Teórico

El proceso para determinar la carga total comienza con una recopilación exhaustiva de todos los aparatos, equipos y sistemas previstos para el edificio. Cada elemento tiene una potencia nominal especificada por el fabricante, generalmente expresada en W o kW. La suma algebraica de estas potencias proporciona una primera aproximación a la carga instalada:

Carga instalada = Σ Potencias nominales de todos los equipos (W o kW)

No obstante, esta carga máxima no suele coincidir con el consumo real en condiciones normales. Por ello, se aplican coeficientes correctores basados en estudios estadísticos y normativas vigentes para ajustar esta cifra a una carga prevista o demanda máxima admisible.

Por ejemplo, si se tiene un edificio con una carga instalada total de 100 kW, pero se sabe que no todos los equipos funcionarán simultáneamente al 100%, se aplican factores multiplicadores (coeficientes de simultaneidad) para obtener una estimación más realista:

Carga prevista = Carga instalada × Factores de simultaneidad

Estos factores varían según el tipo de edificio, uso y normativa aplicable. En edificios residenciales, típicamente se emplean coeficientes entre 0.4 y 0.6; en locales comerciales o industriales pueden variar entre 0.7 y 0.9.

Además, es importante distinguir entre cargas continuas (que operan durante al menos 3 horas consecutivas) y cargas no continuas (de uso ocasional). La normativa eléctrica suele requerir que las cargas continuas sean calculadas con mayor precisión debido a su impacto en el dimensionamiento del sistema.

Por último, el análisis debe considerar también las cargas futuras potenciales, como ampliaciones o nuevas instalaciones, mediante un factor adicional de previsión para garantizar flexibilidad y seguridad a largo plazo.

2.4 Relación con Otros Conceptos del Curso

El cálculo de la carga total está estrechamente vinculado con otros apartados del curso:

• Normativa y documentación técnica (Tema 10): Las normativas establecen los coeficientes y márgenes a aplicar durante el cálculo.
• Cálculo en instalaciones eléctricas (Tema 7): La carga total determina las secciones conductoras, protecciones y dispositivos necesarios.
• Montaje y reparación (Temas 8 y 9): Conocer la carga ayuda a planificar correctamente las tareas de montaje e identificar posibles fallos por sobrecarga o sobrecalentamiento.
• Documentación técnica y económica (Temas 18 y 19): La estimación precisa contribuye a elaborar presupuestos adecuados y documentación técnica detallada.

3. Ejemplos Aplicados

Ejemplo 1: Cálculo básico para un apartamento residencial

Supongamos un apartamento con las siguientes instalaciones:

• Lámparas LED: 10 unidades x 10 W = 100 W
• Aparato frigorífico: 150 W
• Aire acondicionado: 1 unidad x 1.000 W = 1.000 W
• Lavadora: 500 W
• Sistema multimedia: TV + equipo sonido = 200 W

Paso 1: Sumatoria de cargas individuales:

Carga total = 100 + 150 + 1000 + 500 + 200 = 1.950 W (aproximadamente)

Paso 2: Aplicar factor de simultaneidad (ejemplo: 0.8 para residencial):

Carga prevista = 1.950 W × 0.8 = 1.560 W (~1.56 kW)

Este valor será considerado para dimensionar conductores, protecciones y otros elementos del sistema eléctrico del apartamento.

Ejemplo 2: Edificio comercial con múltiples locales

Un centro comercial tiene varias tiendas con diferentes cargas conectadas:

• Tienda A: iluminación (5 kW), climatización (3 kW), maquinaria específica (2 kW)
• Tienda B: iluminación (4 kW), climatización (2 kW), sistemas informáticos (1 kW)
• Tienda C: iluminación (6 kW), climatización (4 kW), equipo audiovisual (2 kW)

Paso 1: Cálculo individual por tienda:

Tienda A: 5 + 3 + 2 = 10 kW
Tienda B: 4 + 2 + 1 = 7 kW
Tienda C: 6 + 4 + 2 = 12 kW
Total carga instalada = 10 +7 +12=29 kW

Paso 2: Aplicar coeficiente global considerando diversidad (por ejemplo, 0.75) :

Carga prevista =29 kW ×0.75=21.75 kW

Ejemplo 3: Instalación industrial compleja con previsión futura

Un almacén industrial planea instalar maquinaria pesada, iluminación intensiva y sistemas auxiliares:

• Carga actual estimada: maquinaria principal (50 kW), iluminación general (10 kW), sistemas auxiliares (5 kW)
• Nueva maquinaria prevista para ampliación futura: adicionalmente otros 20 kW

Paso 1: Cálculo inicial:

Total actual =50+10+5=65 kW
Previsión futura =65+20=85 kW
Aplicando un factor adicional por crecimiento potencial (por ejemplo, 1.2) :

Carga final estimada=85×1.2=102 kW