ESTUDIO DE LA PERTINENCIA DE LOS VALORES EMPLEADOS EN …

ESTUDIO DE LA PERTINENCIA DE LOS VALORES EMPLEADOS EN EL

CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE ALIMENTADORES Y

TRANSFORMADORES EN VIVIENDAS MULTIFAMILIARES

GIOVANNA PAOLA GUERRERO LÓPEZ

DAVID ANDRÉS MARTÍNEZ CERÓN

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

BOGOTÁ

2019

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO ............................................................................................................................2

RESUMEN .................................................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................................4

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..........................................................................................................6

METODOLOGÍA ........................................................................................................................................6

OBJETIVOS................................................................................................................................................7

OBJETIVO GENERAL .............................................................................................................................7

OBJETIVOS ESPECIFICOS ......................................................................................................................7

1. MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................................................8

1.1. GENERALIDADES .......................................................................................................................8

1.2. DIMENSIONAMIENTO DE ALIMENTADORES Y TRANSFORMADORES. .....................................9

1.2.1. Contexto Nacional. ..........................................................................................................9

1.2.2. Contexto Internacional ................................................................................................. 22

2. FACTORES DE DIVERSIFICACIÓN PARA EL CÁLCULO DE DIMENSIONAMIENTO DE

TRANSFORMADORES Y ALIMENTADORES. .......................................................................................... 25

2.1. EVALUACIÓN PRÁCTICA DE FACTORES ..................................................................................... 25

3. COMPARACIÓN DE CARGA INSTALADA CONTRA CARGA DEMANDADA EN VIVIENDAS ESTRATO

4 29

3.1. COMPARACIÓN CON EL MARCO INTERNACIONAL ............................................................... 29

3.2. COMPARACIÓN ENTRE DIMENSIONAMIENTOS TEÓRICOS NACIONALES ............................. 31

3.2.1. CALCULO DE TRANSFORMADOR SEGÚN CODENSA ...................................................... 32

3.2.2. CALCULO DE UN TRANSFORMADOR SEGÚN EPM ........................................................ 35

3.2.3. CALCULO DE UN TRANSFORMADOR SEGÚN NTC 2050 ................................................ 39

ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................................................................... 43

ANÁLISIS ECONÓMICO ...................................................................................................................... 43

ANÁLISIS COMPARATIVO DE FACTORES ........................................................................................... 44

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................................ 46

REFERENCIAS ......................................................................................................................................... 49

RESUMEN

Este trabajo pretende ser una guía de consulta respecto a las distintas dudas que puedan surgir al

aplicar factores de diversidad al momento de diseñar instalaciones eléctricas para viviendas

multifamiliares. Actualmente existen diferentes criterios de dimensionamiento que dependen del

punto de vista del operador de red de la región donde el proyecto a diseñar tendrá lugar. Este

documento procura determinar si dichos criterios cuentan con una validez práctica, sobre todo

teniendo en cuenta que la velocidad de evolución de los proyectos de vivienda y sus necesidades ha

sido mucho más alta que la velocidad de modificación de las normas o reglamentos de diseño.

INTRODUCCIÓN El diseño de una instalación eléctrica es tal vez uno de los campos de acción del ingeniero eléctrico en el que más se pone a prueba su capacidad de decisión, su buen criterio y la disposición de sus conocimientos al servicio de una comunidad. Es por esto por lo que el proceso de diseño de una instalación conlleva no solo conocimientos técnicos, sino también económicos y normativos. Un buen diseño es aquel que satisface a plenitud las necesidades del usuario final siendo eficiente en estos aspectos mencionados anteriormente. El aspecto normativo de un diseño es el marco bajo el cual se van a tomar todas las decisiones técnicas, es la norma la que acota las posibles soluciones que se puedan plantear desde la técnica teniendo como premisa la seguridad y bueno funcionamiento de la instalación. Por otra parte, el aspecto económico también puede llegar a restringir el diseño desde el punto de vista técnico, si bien, no de una forma tan rígida como si lo hace la parte normativa, el aspecto económico puede llegar a decidir la viabilidad o no de un diseño. El dimensionamiento, tanto de materiales como de equipos, es la fase del proceso de diseño donde se integran los tres aspectos anteriormente mencionados para obtener una solución acorde a los tres, es decir que sea técnicamente coherente, que cumpla con los parámetros establecidos por los reglamentos locales y que sea económicamente viable. De ahí que el dimensionamiento cobre valor fundamental en el diseño de una solución. Dimensionar, es decir, establecer las magnitudes de los diferentes materiales y equipos que harán parte de la obra a ejecutarse es el alma del proceso de diseño, y es ahí donde se toman las decisiones más importantes del mismo, la fase de dimensionamiento es la que puede hacer que el diseño tenga éxito o fracase. En una instalación eléctrica existe materiales y equipos que tienen una mayor trascendencia a la hora de su dimensionamiento, e incluso de su posterior funcionamiento, ya sea por su criticidad dentro de la misma instalación, su vida útil, su tamaño, su precio, etc. En particular, cuando se habla de las instalaciones eléctricas de un edificio o conjunto de vivienda multifamiliar, la mayor importancia en dimensionamiento está en su subestación, es decir: transformador, cableado de acometidas y protecciones internas. Saber dimensionar estos elementos permite establecer que la instalación va a funcionar correctamente. Esto no quiere decir que los demás elementos puedan ser escogidos arbitrariamente, o con criterios de selección básicos, sino que, desde los aspectos: técnico, normativo y sobre todo económico, los elementos anteriormente mencionados son los que tienen mayor impacto en el proyecto. En Colombia, el dimensionamiento de transformadores y alimentadores está ligado a la normativa local. La norma técnica establecida por el ICONTEC denominada NTC 2050 o Código Eléctrico Colombiano, forja las pautas y criterios para facilitar el proceso de diseño. Sin embargo, se contempla de manera paralela la posibilidad de que cada operador de red en cada región tenga su propia forma de dimensionar los transformadores de los conjuntos de vivienda a su cargo. Para esta labor tanto la NTC 2050 como la normativa de cada operador de red, toman factores que permiten que los valores nominales de los equipos tengan la eficiencia técnica, normativa y económica de la que se habló con anterioridad. La necesidad de establecer estos factores surge desde la idea de poder suplir las necesidades del usuario final, para el caso de la vivienda, sus residentes. El consumo de electricidad de las personas

que residen en una vivienda no es constante ni predecible, pero puede ser modelado. Se tienen varios estudios que a través de diferentes métodos permiten visualizar el comportamiento del consumo de una vivienda a lo largo del día. No obstante, siempre hay que tener presente que estos son datos estadísticos que parten del análisis de variables aleatorias, ya que no se puede asegurar que el consumo de un usuario va a ser igual durante todo un periodo de tiempo. Y es precisamente en el reconocimiento de esta aleatoriedad que surgen los factores de diversidad, los cuales pretenden garantizar el flujo de electricidad a todos los que la requieran y en todas las posibles necesidades de consumo que puedan tener sin ir en detrimento de la eficiencia técnica y económica. Actualmente algunos operadores de red en Colombia plantean sus propios valores para establecer esta diversidad mediante factores que son calculados por técnicas estipuladas por cada uno. El fin de esta investigación es establecer si estos factores pudieran llegar a ser replanteados, es decir, conocer si actualmente se está teniendo un dimensionamiento menos eficiente del que podría llegar a tenerse, y de esta forma contribuir a que los diseños de instalaciones eléctricas mejoren técnica y económicamente, sin dejar de cumplir los aspectos normativos que los atañen.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los factores de diversidad, diversificación o simultaneidad son la base del dimensionamiento de los

elementos de energización en los diseños de instalaciones eléctricas. La NTC 2050 y las normativas de

algunos Operadores de Red, proporcionan estos factores para que el diseñador los aplique y así calcule

los valores de potencia del transformador, calibre de conductores, entre otros. Sin embargo, no es

claro si estos factores obedecen a un comportamiento acorde a las necesidades actuales de los

usuarios. El caso de la NTC 2050 es el más llamativo ya que su última actualización data del año 1998

y aún sigue siendo la principal guía de uso de los diseñadores. Uno de los problemas que la presente

investigación pretende conocer es si estos valores de hace 20 años siguen teniendo validez, ya que

claramente las necesidades, estilo de vida y patrones de convivencia de los usuarios ha cambiado

bastante en estas últimas dos décadas.

Otra situación llamativa sobre los factores de diversificación está en las tablas de los operadores de

red. Por ejemplo, Codensa, el operador de red para la sabana de Bogotá propone un documento

llamado “Carga Máxima para el Sector Residencial” en el cual, en las tablas 2 y 3 se establecen valores

de (kVA/usuario) que esta empresa contempla dependiendo de la cantidad de usuarios a abastecer,

su estrato y si la vivienda cuenta o no con el servicio de gas domiciliario. Sin embargo, las tablas

mencionadas solo abarcan grupos de hasta 100 usuarios, cuando en la actualidad se están

desarrollando proyectos de vivienda que abarcan un número de usuarios mucho más grande, incluso

llegando a 1000. No se tiene muy claro si la simultaneidad manejada para 100 usuarios puede ser

equiparable a una para 1000.

Por todo lo anterior, el presente documento pretende resolver la pregunta: ¿Son pertinentes los

valores empleados actualmente para el dimensionamiento de transformadores y alimentadores en

proyectos de vivienda multifamiliar?

METODOLOGÍA

Para poder responder a la pregunta anteriormente plateada se realizará una revisión documental de

otros valores de factores de diversidad usados en Colombia e internacionalmente. Además, se realizará

una comparación de estos valores con su equivalente práctico. Es decir, se partirá de una medición

para obtener el factor de diversidad de un grupo de usuarios en el estrato 4 en Bogotá y se comparará

el valor que se plantea tanto en Codensa como en la NTC 2050 para este mismo número de usuarios.

Dicha medición se realizará de manera indirecta, midiendo la corriente de los conductores que

alimentan cada grupo de usuarios y determinando así los valores de potencia máximos para al final

obtener los factores de diversidad deseados.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Evaluar la pertinencia de la diversificación de carga para el dimensionamiento de alimentadores y

transformadores en proyectos de viviendas multifamiliares.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Comparar los diferentes valores de diversificación aplicables en el cálculo y dimensionamiento

de alimentadores y transformadores

Identificar las condiciones de uso de la carga instalada respecto a la carga demandada en

proyectos de vivienda multifamiliares

Establecer una relación entre los valores de diversificación teóricos usados y los nuevos

obtenidos.

Estimar el ahorro económico considerando el análisis de los factores de diversificación.

1. MARCO CONCEPTUAL

1.1. GENERALIDADES

Para comprender de mejor manera lo registrado en el presente documento se requiere conocer con

claridad varios conceptos empleados a lo largo de su desarrollo. Esto permitirá exponer de manera

más detallada el uso de los diversos factores de demanda en los cálculos de las acometidas,

transformadores, protecciones y otros elementos en el diseño de instalaciones eléctricas de proyectos

con cargas residenciales. Tales conceptos se desarrollan a continuación.

El primero concepto destacado es el de demanda máxima, que hace referencia al consumo (potencia)

máximo que pueden presentar una o varias cargas en un periodo de tiempo [1]. Este concepto debe

diferenciarse del de carga instalada que es la capacidad nominal de potencia que puede soportar un

circuito sin alterar las funcionalidades para las que fue diseñado [2].

A partir de estos dos conceptos se puede llegar al concepto base del presente documento: factor de

simultaneidad/diversidad/diversificación. Es una relación numérica (valor o porcentaje), que se tiene

entre la demanda máxima de un grupo de circuitos durante un tiempo determinado y la suma de las

potencias máximas individuales de los mismos circuitos durante el mismo tiempo [1]

Generalmente el concepto de factor de diversificación es confundido con el de factor de demanda que

es una relación numérica (valor o porcentaje), que se tiene entre la potencia máxima de una o varias

instalaciones o circuitos y la carga máxima instalada de las instalaciones [1]. Es muy importante saber

diferenciar entre estos dos conceptos, ya que es el factor de diversificación (simultaneidad o

diversidad) el que se refiere al análisis del consumo de un grupo de consumidores. Por el contrario, el

factor de demanda se define para un único usuario y el análisis de las condiciones de uso de sus

circuitos eléctricos. Incluso la norma colombiana en la NTC 2050, comete el error de hacer uso

indistinto del término factor de demanda, refiriéndose indistintamente a factores de demanda o de

diversificación.

De manera más general, también se debe tener en cuenta conceptos propios de la normativa

colombiana, los cuales han sido establecidos en el código eléctrico colombiano. Entre ellos están

conceptos tales como: red local: “el conjunto de redes o tuberías que conforman el sistema de

suministro del servicio público a una COMUNIDAD en el cual se derivan las ACOMETIDAS de los

inmuebles” [3]. Red interna: “conjunto de redes, tuberías, accesorios y equipos que integran el sistema

de suministro del servicio público al inmueble a partir del medidor” [3]. Circuito ramal: conductor o

conductores existentes entre el dispositivo de protección contra sobrecorrientes y la salida o salidas

[4]. Circuito alimentador: conductor existente entre el equipo de acometida, la fuente de un sistema

derivado independiente (u otro tipo de suministro de energía eléctrica) y el dispositivo de protección

del ramal final que identifique las sobrecorrientes [4]. Acometida: es la “derivación de la red local del

servicio respectivo que llega hasta el registro de corte del inmueble” [3].

En Colombia existen dos documentos guía que ayudan a estandarizar los parámetros y criterios que se

deben tener en cuenta para realizar trabajos concernientes a instalaciones eléctricas (tales como

diseño, construcción, puesta en funcionamiento, operación y mantenimiento) con el objetivo de

garantizar la integridad de personas, animales y el medio ambiente entre otros. Estos documentos son:

el RETIE (Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas) y el Código Eléctrico Colombiano, o norma

NTC 2050, los cuales son la base para el trabajo con instalaciones y equipos eléctricos en Colombia.

La norma NTC 2050, nació en la década de los 80 como la necesidad de establecer unas reglas de juego

claras para las personas (diseñadores, ingenieros, técnicos electricistas) que realizaban trabajos

relacionados con la electrotecnia. Para tal fin se adoptó la norma estadounidense NFPA 70, también

conocida como NEC (NATIONAL ELECTRIC CODE). No obstante, no fue sino hasta el año 2008, en el que

el Ministerio de Minas propuso un reglamento de obligatorio cumplimiento y que daría origen al RETIE,

dentro del cual se abarca la NTC 2050 como parte integral:

“Debido a que el contenido de la NTC 2050 Primera Actualización (Código Eléctrico Colombiano), del 25

de noviembre de 1998, basada en la norma técnica NFPA 70 versión 1996, encaja dentro del enfoque

que debe tener un reglamento técnico y considerando que tiene plena aplicación en las instalaciones

para la utilización de la energía eléctrica, incluyendo las de edificaciones utilizadas por empresas

prestadoras del servicio de electricidad, se declaran de obligatorio cumplimiento los primeros siete

capítulos con las tablas relacionadas (publicados en el Diario Oficial No 45.592 del 27 de junio de

2004) incluidas las tablas del capítulo 9 de NTC 2050 y la introducción en los aspectos que no

contradigan el presente reglamento.” [5]

Por esta razón, los apartes de la citada norma hacen parte del RETIE.

Adicionalmente, la NTC 2050 establece “disposiciones que se consideran necesarias para la seguridad” [4]. Es por esto que se considera un compendio de elementos a tener en cuenta en el sector eléctrico nacional, así como para los profesionales que se desempeñen en esta área.

1.2. DIMENSIONAMIENTO DE ALIMENTADORES Y TRANSFORMADORES.

1.2.1. Contexto Nacional.

1.2.1.1. Cálculo de Alimentadores.

Para el cálculo y dimensionamiento de alimentadores y transformadores, la NTC 2050 establece tales criterios y la información concerniente en las secciones 220, 230 y 430.

La sección 220 se titula “CÁLCULOS DE LOS CIRCUITOS ALIMENTADORES, RAMALES Y ACOMETIDAS”, perteneciente al “CAPÍTULO 2. ALAMBRADO Y PROTECCIÓN DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS” de la norma, en la cual se especifican los requisitos para establecer la cantidad de circuitos ramales que deberían existir en una instalación y su dimensionamiento (capacidad de potencia) dependiendo de las cargas existentes en la misma, la cantidad de usuarios, así como las cargas existentes en el alimentador.

En principio se especifican las disposiciones generales donde se determina que si no se precisa una tensión diferente a las establecidas se deben emplear las tensiones nominales de 120, 120/240, 208Y/120, 220Y/127, 240, 347, 440Y/254, 480Y/277, 480, 600Y/347 y 600 V, que se consideran tensiones nominales en sistemas de energía eléctrica que funcionan a 60Hz. [8]

Para el cálculo de los circuitos ramales se discriminan en cargas continuas y no continuas, donde se establece que la carga nominal del circuito no debe ser menor a la carga no continua más el 125% de la carga continua; y cargas de alumbrado para ocupaciones listadas, donde dependiendo del tipo de uso de la instalación (bancos, hospitales, barberías, etc.) se tiene una estimación de carga unitaria mínima dada en VA/m². También se describen consideraciones para otras cargas como motores, avisos eléctricos y rieles de alumbrado, entre otros, para lo cual no se debe considerar una carga menos a 180 VA. Por último, se tiene en cuenta una carga para ampliación de instalaciones existentes, donde se discrimina entre unidades de vivienda y edificios con fines diferentes al residencial.

TABLA 1. ALUMBRADO GENERAL POR TIPO DE OCUPACIÓN

Tipo de ocupación Carga Unitaria

(VA/m²)

Cuarteles y auditorios 10

Bancos 38**

Barberías y salones de belleza 32

Iglesias 10

Clubes 22

Juzgados 22

Unidades de vivienda* 32

Garajes públicos (propiamente dichos) 5

Hospitales 22

Hoteles y moteles, incluidos bloques de apartamentos sin cocina**

22

Edificios industriales y comerciales 22

Casas de huéspedes 16

Edificios de oficinas 38**

Restaurantes 22

Colegios 32

Tiendas 32

Depósitos 2,5

En cualquiera de los lugares anteriores excepto en viviendas unifamiliares y unidades individuales de vivienda bifamiliares y multifamiliares; Lugares de reunión y auditorios.

10

Recibidores, pasillos, armarios, escaleras 5

Lugares de almacenaje 2,5 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Páginas 62 y 63.

Se encuentra un nuevo apartado en el cual se evidencia una descripción de los circuitos ramales necesarios entre los cuales se incluyen circuitos para alumbrado, circuitos para pequeños artefactos el cual se considera de 20 amperios adicionalmente se tiene en cuenta el circuito para lavandería y unidades de planchado de 20 amperios también. Este apartado enuncia que se debe establecer un equilibrio de carga entre los ramales. Este se calcula estableciendo una cantidad de VA por metro

cuadrado y la carga debe distribuirse uniformemente por los ramales que se estén alimentando desde el tablero.

Luego se tiene información acerca de alimentadores y acometidas. En un principio se establecen nuevamente unas disposiciones generales, en las cuales se determina que el conductor elegido debe estar en la capacidad de conducir la corriente suficiente para alimentar las cargas que alimente. Además, también se especifica que la carga calculada para el alimentador no debe ser menor a la suma de las cargas de los ramales conectados. Por otro lado, para cargas continuas y no continuas el alimentador debe tener una corriente máxima igual o mayor al de la carga no continua más el 125% de la carga continua.

Posteriormente, se evidencia una tabla, en la cual se determinan factores de demanda para alimentadores de carga de alumbrado. La NTC hace una aclaración en cuanto a que no se debe emplear dicha tabla para el cálculo de la cantidad de ramales, los factores que se evidencian en la tabla se deben aplicar al tener la carga total del circuito de alumbrado general.

TABLA 2. FACTORES DE DEMANDA PARA ALIMENTADORES DE CARGAS DE ALUMBRADO

Tipo de Ocupación Parte de la carga de alumbrado a la que

se aplica el factor de demanda (VA) Factor de demanda %

Unidades de vivienda Primeros 3.000 o menos 100

De 3.001 a 120.000 35

Hospitales*

A partir de 120.000 25

Primeros 50,000 o menos 40


Hoteles y moteles, incluidos bloques de apartamentos sin cocina*

Primeros 20.000 o menos 50

de 20.001 a 100.000 40


Depósitos Primero 12.500 o menos 100


Todos los demás VA totales 100 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Páginas 64 y 65.

Adicionalmente, existe un ítem en la sección que se encarga de alumbrado de vitrinas (donde la carga no debe ser inferior a 650 VA por metro lineal de la vitrina), otra para la sección de tomacorrientes que no pertenecen a instalaciones residenciales (cargas para tomacorrientes de no más de 180 VA por salida), uno más para motores y luego se especifica acerca de la calefacción eléctrica de ambiente (se asegura que el diseño se debe realizar teniendo en cuenta una carga del 100% de la carga total conectada).

Seguidamente, se realiza el mismo análisis para cargas para pequeños electrodomésticos, planchado y lavandería en unidades de vivienda En éste se consideran las cargas del circuito de pequeños electrodomésticos (donde la carga del alimentador deberá tener 1500 VA por ramal bifilar), así como el circuito de lavandería y planchado (al que se le aplican las mismas condiciones del circuito anterior). A continuación, se estima que para la carga de artefactos en unidades de vivienda se permite la aplicación de un factor de demanda del 75% de la capacidad nominal, esto para cuatro equipos eléctricos, omitiendo estufas eléctricas y equipos de calefacción (de medio ambiente o aires acondicionados).

Para secadoras eléctricas de ropa en unidades de vivienda se encuentra una tabla en la cual se determina el factor de demanda dependiendo la cantidad de secadoras, presentándose una relación inversamente proporcional; a menor número de secadoras, mayor es el factor de demanda en porcentaje. La carga debe ser la mayor entre 500 W o la potencia nominal según la placa de características.

TABLA 3. FACTORES DE DEMANDA PARA SECADORAS DOMESTICAS ELÉCTRICAS DE ROPA

Número de secadoras Factor de demanda

1 100

2 100

3 100

4 100

5 80

6 70

7 65

8 9

60

55

10 50

11 - 13 45

14 - 19 40

20 - 24 35

25 - 29 32,5

30 - 34 30

35 - 39 27,5

De 40 en adelante 25 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 66.

Así mismo, se encuentra otra tabla para estufas eléctricas y otros artefactos de cocina (hornos, cocinas en mostradores, etc.). Su factor de demanda se calculará si su capacidad nominal es superior a 1,75 kW. La siguiente tabla muestra los factores que se pueden tener dependiendo de la cantidad de artefactos y de la potencia nominal.

TABLA 4. FACTORES DE DEMANDA PARA ARTEFACTOS DE COCINA RESIDENCIALES

Numero de artefactos

Demanda máxima (kW) Factor de demanda %

Columna A Columna B Columna C

(no más de 12 kW (menos de 3,5 kW (de 3,5 kW a 8.75 kW

nominales) nominales) nominales)

1 8 80% 80%

2 11 75% 65%

3 14 70% 55%

4 17 66% 50%

5 20 62% 45%

6 21 59% 43%

7 22 56% 40%

8 23 53% 36%

9 24 51% 35%

10 25 49% 34%

11 26 47% 32%

12 27 45% 32%

13 28 43% 32%

14 29 41% 32%

15 30 40% 32%

16 31 39% 28%

17 32 38% 28%

18 33 37% 28%

19 34 36% 28%

20 35 35% 28%

21 36 34% 26%

22 37 33% 26%

23 38 32% 26% Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Páginas 66 y 67.

Adicionalmente se tiene una tabla para establecer el factor de demanda de artefactos de cocinas no

residenciales. En esta se tienen en cuenta equipos que las conforman como lavavajillas y calentadores

de agua, entre otros. La tabla se encuentra a continuación.

TABLA 5. FACTORES DE DEMANDA PARA ARTEFACTOS DE COCINA NO RESIDENCIALES

Número de equipos Factor de demanda %

1 100

2 100

3 90

4 80

5 70

6 a más 65 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 67.

En la NTC se encuentra una aclaración acerca de cargas no coincidentes, en la cual se explica que

cuando hay dos cargas que sean poco probable que se empleen simultáneamente, se tendrá en cuenta

la carga con mayor de las dos para calcular la carga total del alimentador.

Finalmente se habla sobre la carga del neutro alimentador. Esta debe estar determinada por el máximo desequilibrio que en ella se presente, el cual debe ser la carga máxima calculada entre el neutro y cualquier conductor que no esté aterrizado, exceptuando los sistemas de dos fases trifilares o pentafilares en los que la carga se debe multiplicar por 140%. En alimentadores para estufas eléctricas, hornos de pared, estufas de sobreponer y secadoras eléctricas, la carga máxima de desequilibrio se debe considerar el 70 % de la carga en los conductores no conectados a tierra. También se permite otro 70% para la parte de la carga en desequilibrio superior a 200 A, esto en sistemas de c.c. o monofásicos de c.a. (trifilares, trifásicos tetrafilares, bifásicos trifilares o bifásicos pentafilares). En el siguiente apartado se tienen algunos cálculos opcionales para las cargas del alimentador y de la acometida, primero enfocándose en unidades de vivienda, donde está permitido calcular dichas cargas teniendo en cuenta la Tabla VI.

TABLA 6. CÁLCULOS OPCIONALES EN UNIDADES DE VIVIENDA. CARGA EN kVA

La mayor de las cinco posibilidades siguientes:

1) El 100% de la capacidad o capacidades nominales de la placa de características de los equipos de aire acondicionado y refrigeración, incluidos los compresores de las bombas de calor.

2) El 100% de la capacidad o capacidades nominales según la placa de características de los acumuladores térmicos eléctricos y otros sistemas de calefacción cuando se espera que la carga nominal sea continua y del valor máximo de la placa de características. Los sistemas acogidos a este apartado no deben figurar en ningún otro de esta Tabla. 3) el 65% de la capacidad o capacidades nominales según los equipos de calefacción eléctrica central, incluida la calefacción suplementaria integrada en las bombas de calor.

4) El 100% de la capacidad o capacidades nominales según la placa de características de los equipos de calefacción eléctrica de ambiente, si son inferiores a cuatro unidades con mando independiente.

Más: el 100% de los primeros kVA de todas las demás cargas

Más: el 40% del resto de todas las demás cargas.

Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 68.

Luego se especifica que las “demás cargas” incluyen 1500 VA por cada ramal bifilar y 20 amperios para

pequeños artefactos y cada circuito ramal para lavandería, 32 VA por m2 para alumbrado general y

tomacorrientes de uso general, el valor nominal de todos los artefactos fijos (incluyendo estufas,

hornos de pared, estufas de sobreponer, secadoras de ropa y calentadores de agua), según su placa

de características y el valor nominal en amperios o kVA de todos los motores y todas las demás cargas

con bajo factor de potencia, teniendo en cuenta también su placa de características.

También se encuentran cálculos de las cargas adicionales en las unidades de vivienda existentes, en

donde se pueden calcular las cargas, tal como se evidencia en la Tabla 7.

TABLA 7. CÁLCULOS OPCIONALES EN UNIDADES DE VIVIENDA EXISTENTES.

Carga (en kVA) Porcentaje de carga

Primeros 8kVA 100%

Resto de la carga 40% Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 69.

En este caso aplican también las cargas nombradas en los párrafos anteriores. Adicionalmente si se

quiere instalar equipos de aire acondicionado se debe aplicar la mayor carga conectada entre aire

acondicionado y calefacción (pero no las dos). Ambas tienen una capacidad del 100%, las demás cargas

se consideran con un 40% de capacidad.

Adicionalmente, en la sección 220-32 se habla de cálculos opcionales para viviendas multifamiliares,

donde nuevamente se divide entre cálculos para carga de alimentador o acometida, cargas en la

vivienda y cargas conectadas. En el primer caso se tiene que bajo tres condiciones específicas se

pueden realizar los cálculos con la ayuda de la Tabla 8. Las condiciones son primero que ninguna unidad

de vivienda esté servida por más de un alimentador. Segundo, que cada unidad de vivienda tenga

equipo de cocina eléctrico, y tercero, que cada unidad de vivienda cuente con calefacción, aire

acondicionado o ambas.

TABLA 8. CÁLCULOS OPCIONALES PARA VIVIENDAS MULTIFAMILIARES.

Número de unidades de vivienda Factor de demanda %

3 - 5 45

6 - 7 44

8 - 10 43

11 42

12 - 13 41

14 - 15 40

16 - 17 39

18 - 20 38

21 37

22 - 23 36

24 - 25 35

26 - 27 34

28 - 30 33

31 32

32 - 33 31

34 - 36 30

37 - 38 29

39 - 42 28

43 - 45 27

46 - 50 26

51 - 55 25

56 - 61 24

De 62 en adelante 23 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 70.

Los factores de demanda de la anterior tabla aplican cuando, se tienen 1500 VA por cada ramal bifilar y 20 amperios para pequeños artefactos y cada circuito ramal para lavandería, cuando se tienen 32 VA por m² para alumbrado general y tomacorrientes de uso general, cuando al conectar

un artefacto se debe considerar que su carga máxima posible es la de su placa de características, cuando el valor nominal de A o kVA de todos los motores y todas las demás cargas con bajo factor de potencia y cuando la mayor de las cargas del equipo de aire acondicionado o de calefacción eléctrica de ambiente.

En instituciones de enseñanza se emplea la tabla 9, cuando este equipado con calefacción eléctrica,

aire acondicionado, o ambos. La carga a la que se va a aplicar el factor debe incluir todo el alumbrado,

calentadores de agua, estufas y otras cargas.

TABLA 9. CÁLCULOS OPCIONALES PARA INSTITUCIONES DE ENSEÑANZA

Carga conectada en VA por metro Factor de demanda %

Los primeros 32 VA/metro cuadrado 100

Desde 32 hasta 215 VA/metro cuadrado 75

Más de 215 VA/metro cuadrado 25 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 70.

También se indican los cálculos adicionales para instalaciones existentes, en este se especifica que se

pueden adicionar cargas en este tipo de instalaciones cuando se cumpla que existan datos de demanda

máxima todo el año, de lo contrario se permitirá realizar la medición por 30 días de la corriente real

de la fase de mayor carga del alimentador; adicionalmente se pide que la carga actual al 125% más la

nueva carga no supere la capacidad de corriente del alimentador o la corriente nominal de la

acometida, también se espera que el alimentador cumpla con el artículo 240-3 en el cual se estipula la

necesidad de una protección contra sobrecorriente, y con el artículo 230-90 en el que se determina la

necesidad de tener una protección contra sobrecarga.

Para restaurantes nuevos se permite hacer el cálculo de la carga del alimentador cuando este soporta

la carga total según la Tabla 10, en este caso también se debe cumplir los artículos 240-3 y 230-90, no

es necesario que los conductores del alimentador sean de mayor capacidad de corriente que los de la

acometida, dichos conductores que estén determinados por ese cálculo opcional determinarán su

carga de neutro de acuerdo con el artículo 220-22.

TABLA 10. CÁLCULOS OPCIONALES PARA RESTAURANTES NUEVOS

Carga total conectada (kVA) Factor de demanda para

todo eléctrico (%) Factor de demanda para

no todo eléctrico (%)

0-250 80 100

251-280 70 90

281-325 60 80

326-375 50 70

376-800 50 65

más de 800 50 50 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 71.

Se evidencia también en la norma el método de cálculo de cargas e instalaciones agrícolas, primero en

edificaciones donde se deben emplear los mismos cálculos que se utilizaron para los alimentadores y

acometidas en el principio de esta sección, esto para las unidades de vivienda; y para las edificaciones

no residenciales se debe emplear la Tabla 11 para cada carga alimentada por dos o más circuitos

ramales, así como la carga de los conductores del alimentador, de la acometida y del equipo.

TABLA 11. CÁLCULOS OPCIONALES PARA INSTALACIONES AGRICOLAS QUE NO SEAN UNIDADES DE VIVIENDA

Carga en A a 240 V máximo Factor de demanda (%)

Cargas que se espera que funcionen sin diversidad, pero a no

menos de 125% de la corriente a plena carga del motor más

grande y no menor a lo primeros 60 A de carga.

100

Siguientes 60 A e todas las demás cargas. 50

Resto de las demás cargas 25

Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 71.

Por último, para la carga total en instalaciones agrícolas se debe calcular según la carga de la unidad

de vivienda de la instalación y los factores de demanda establecidos en la tabla 12, cuando haya

equipos que cumplan la misma función, la carga se deberá calcular según la tabla 11.

TABLA 12. CÁLCULOS OPCIONALES PARA CALCULAR LA CARGA TOTAL DE UNA INSTALACIÓN AGRÍCOLA

Cargas individuales calculadas según la Tabla 11 Factor de demanda (%)

Carga máxima 100

Segunda carga en magnitud 75

Tercera carga en magnitud 65

Restantes cargas 50 Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 220. Página 72.

La sección 230 se titula “ACOMETIDAS”, también perteneciente al Capítulo 2, En esta se tratan los

conductores y equipos de acometida para el control y protección de las acometidas y sus requisitos de

instalación.

Se especifica en esta que el número de acometidas debe ser de uno. Esta “regla” tiene varias

excepciones, por ejemplo: cuando se tenga una acometida para bombas contra incendios, cuando se

requiera una capacidad de más de 2000 A, por tener edificios de grandes superficies, entre otros.

También se determina en ésta que cuando se tenga más de un alimentador debe existir una placa que

indique que energiza cada uno de ellos; adicionalmente hace énfasis en que no se debe alimentar una

estructura desde otra, y enfatiza que los conductores de acometida deben tener su propia

canalización, y estas a su vez deben sellarse. Se precisa también que cuando existan conductores a la

vista, estos no deben estar a menos de 0,9 metros de las ventanas.

Adicionalmente, establece que los conductores aéreos de acometida hasta un edificio u otra estructura

se deben considerar conductores aéreos. Estos deben soportar su exposición a agentes atmosféricos

sin que se produzcan fugas de corriente, deben tener una capacidad suficiente para transportar la

corriente demandada por la carga y no deben tener un calibre menor a los 8 AWG si el conductor es

de cobre, y de 6 AWG si es de Aluminio.

Se enfatiza en que la distancia mínima entre conductores con disposición vertical desde el tejado hacia

abajo debe ser superior a 2.5 metros, y desde el nivel del suelo se tienen varios escenarios: primero

debe ser de 3 metros para acometida, esto para zonas o aceras accesibles solo a peatones. Debe ser

de 3.6 metros sobre edificios residenciales y accesos vehiculares, esto para tensiones de hasta 300 V a

tierra, y de 4.6 metros para los mismos escenarios con tensiones superiores a 300 V. Por último, la

distancia debe ser de 5.5 metros en calles, avenidas o carreteras públicas.

También se especifican características importantes de los conductores de acometidas subterráneas,

como el hecho de que deben estar aislados para la tensión correspondiente. Adicionalmente, deben

transportar la corriente que demanda la carga sin que su integridad se vea comprometida y tienen que

contar con una rigidez mecánica adecuada.

Estos conductores tienen un calibre mínimo de 8 AWG si son de cobre y de 6 AWG si son de aluminio,

esto se puede obviar cuando las cargas sean limitadas, como el caso de calentadores de agua

controlados, así como cuando la superficie de la vivienda no supera los 53 m2. Se debe contar con

protecciones contra daños siguiendo el artículo 300-5 de la NTC 2050.

Posteriormente se habla de los conductores de entrada de acometida donde se determina que cada

acometida, bien sea aérea o subterránea, debe estar alimentando un grupo de conductores de entrada

de acometida. Las excepciones se presentan cuando una edificación posee más de una ocupación. En

este caso, se tendría un grupo de conductores para cada ocupación, entre otras excepciones.

Luego se habla del aislamiento, donde se indica que los conductores de entrada deben soportar

diferentes condiciones atmosféricas y otras condiciones que promuevan fugas de corriente. Los

conductores de entrada que estén expuestos a la vista tienen que estar aislados, no deben presentar

empalmes y adicionalmente tienen que estar protegidos contra daños físicos y empleando la tubería

adecuada.

Su montaje depende de su uso, si es un cabe de entrada debe ir sujeto por abrazaderas situado a

menos de 0.3 metros de cada capacete. Si es otro cable se debe montar sobre apoyos aislante, o si es

un conductor individual a la vista se deben instalar según la Tabla 13. Se deben ubicar sobre aisladores

o soportes aislantes unidos a perchas o abrazaderas.

TABLA 13. SOPORTES Y DISTANCIAS DE LOS CONDUCTORES INDIVIDUALES A LA VISTA EN ACOMETIDAS

Tensión máxima (V) Distancia máxima entre soportes (m)

Distancia mínima (cm)

Entre conductores Desde la superficie

600 2.8 15 5

600 4.5 30 5

300 1.4 8 5

600* 1.4 7 2.5* Tomado de: NTC 2050, Capitulo 2 – Sección 230. Página 82.

Después se habla de los equipos de acometida, donde las partes energizadas deben estar encerradas

de modo que no estén expuestas a contacto accidental, o resguardadas donde las partes energizadas

se deben instalar en un cuadro o panel de distribución, o en un tablero de mando y se deben sellar las

puertas que den acceso a dichas partes. La puesta a tierra de los equipos debe hacerse según lo

especifica la NTC 2050 en su sección 250.

Estos equipos deben contar con espacio a su alrededor para inspecciones y reparaciones,

adicionalmente deben tener un rotulo para identificarlo.

1.2.1.2. Cálculo de Transformadores.

El código eléctrico colombiano plantea en su artículo 220-37: “Cálculo opcional en viviendas

multifamiliares o grupos de viviendas según la reglamentación de las empresas locales de energía se

permite calcular la capacidad de un transformador, una acometida o un alimentador para edificaciones

multifamiliares o grupo de viviendas, de acuerdo con las tablas o métodos establecidos por las

empresas locales de suministro de energía”. Es decir, aceptan valores de dimensionamiento específicos

según los operadores de red locales. Estos valores se especificarán en las normas de construcción y

diseño de cada operador.

1.2.1.2.1. CODENSA

La empresa Codensa SA. ESP. Es el operador de red encargado de la distribución y comercialización de

energía eléctrica en el territorio de Cundinamarca, la sabana de Bogotá y algunas regiones de Boyacá.

Nace luego de la desaparición de la Empresa de Energía de Bogotá, y en la actualidad pertenece al

grupo italiano de energía ENEL.

Apegándose a lo descrito en la NTC 2050 artículo 220-37, Codensa emite con cierta periodicidad una

serie de normas y criterios de diseño y entre ellos se encuentra el documento Carga máxima

diversificada para el sector residencial. Documento que desde el mismo momento de la

reglamentación de los diseños eléctricos (promulgación del Código eléctrico colombiano) se ha ido

actualizando para poder realizar los dimensionamientos necesarios.

La última versión de este documento data del 24 de mayo de 2010, y la anterior a esta es del 20 de

abril de 2006. En la versión de 2010, que es la que se usa actualmente en los proyectos que se presenta

ante Codensa, se establece la metodología para el cálculo de transformadores y redes de baja tensión.

Para ello se discrimina el tipo de usuario de acuerdo con su estrato socioeconómico, y con base en ello

se estiman ciertos valores de diversificación de potencia eléctrica por usuario. Resulta curioso, sin

embargo, que este documento de Codensa presente una metodología para el dimensionamiento del

transformador y otra diferente para la red de baja tensión.

Para el cálculo del transformador se tiene como guía la siguiente fórmula:

𝑘𝑉𝐴(𝑆𝐶+𝐶𝐸) 𝐶𝐿𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸⁄ =𝑘𝑉𝐴𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠𝐶𝑜𝑚𝑢𝑛𝑒𝑠+𝑘𝑉𝐴𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑑𝑒𝐶𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 [5]

A partir de la aplicación de esta fórmula se obtiene un coeficiente que se identificará en las tablas

dadas en el Anexo 1 de ese mismo documento, dicho anexo se denomina: Anexo 1. Tablas de

Dimensionamiento de Transformadores. El operador de red Codensa realiza un ejemplo sobre cómo

obtener el valor de un transformador bajo esta metodología. [5]

En el documento Carga Máxima para el sector Residencial, se propone encontrar el transformador para

un proyecto con las siguientes características:

Carga de Servicios comunes: 42kVA

Cargas Especiales: 0kVA

Número de Clientes: 110 usuarios

Estrato: 3

Aplicando la fórmula anteriormente expresada se tiene que:

𝑘𝑉𝐴(𝑆𝐶+𝐶𝐸) 𝐶𝐿𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸⁄ =𝑘𝑉𝐴𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠𝐶𝑜𝑚𝑢𝑛𝑒𝑠+𝑘𝑉𝐴𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑑𝑒𝐶𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠=

42+0

110= 0.38 𝑘𝑉𝐴 𝑐𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒⁄

Dado que las tablas de cálculo de transformador de Codensa cuentan únicamente con valores de

potencia por cliente con una sola cifra decimal, Codensa sugiere redondear a la décima más próxima.

Para el caso de su ejemplo esto sería 0.4 kVA/cliente.

Teniendo este valor, habrá que dirigirse al Anexo 1. Tablas de Dimensionamiento de Transformadores,

elegir la tabla del estrato que corresponde, en este caso estrato 3 según los datos dados en el ejemplo,

y buscar la celda corresponde a la situación dada en cuanto a número de usuarios y kVA/usuario. Esta

situación se detalla en la Tabla 14.

TABLA 14. CARGA MÁXIMA PARA EL SECTOR RESIDENCIAL ESTRATO 3

ESTRATO 3 Carga S Servicios comunes 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

TRANSFORMADORES Número de Clientes del Proyecto

15 38 30 25 22 19 17 15 13 12 11 10 10 9 8 8

30 71 57 47 41 35 31 28 6 23 21 20 19 17 16 15

45 113 91 76 66 57 51 46 41 38 35 32 30 28 26 25

75 175 140 117 100 87 77 70 63 58 53 49 46 43 40 38

112.5 276 225 187 160 140 124 112 101 93 85 79 74 69 65 61

150 367 299 252 217 190 169 152 138 127 117 108 101 95 89 84

225 488 391 326 279 243 216 194 176 161 149 138 129 121 113 107

300 564 451 376 322 281 249 224 203 186 172 159 149 139 131 124

400 957 785 663 572 503 448 403 366 335 309 287 267 251 236 222

500 1192 978 826 707 617 548 493 447 410 378 350 327 306 288 272

630 1494 1227 1038 898 790 704 635 578 530 489 454 424 397 374 353

750 1777 1460 1236 1068 940 838 756 688 631 582 541 505 473 445 420 Tomado de: ANEXO 2 DE CODENSA S.A. ESP. Página 11.

En cuanto al dimensionamiento de acometidas, alimentadores y de más elementos de las redes de

baja tensión, Codensa usa un segundo anexo en el mismo documento. El Anexo 2. Tablas para el

Dimensionamiento de Redes de uso General de Baja Tensión. Se realiza una desagregación,

nuevamente por estrato, de los factores de diversidad que se deberán contemplar al momento de

calcular las redes de baja tensión de un proyecto. Este anexo presenta 2 tablas con valores diferentes

para cada cantidad de usuarios. La primera de ellas contempla proyectos sin el servicio de gas

domiciliario. P or el contrario, las segundas muestran valores de diversificación para proyectos que

contemplan gas domiciliario. Es así como para 48 usuarios, el factor de diversidad sin gas domiciliario

es de 1.38 para el estrato 3; mientras que para la misma situación en la tabla de proyectos con gas

domiciliario el factor de diversidad es 0.92. Esto se debe a que el uso de gas, ya sea natural o propano,

como fuente de energía calorífica se fue expandiendo en su uso debido a su menor costo, respecto a

la energía eléctrica. De ahí que las duchas, calentadores, estufas, secadoras entre otros aparatos

eléctricos que requerían de resistencias con elevadas pérdidas para realizar su proceso de

calentamiento, fueron remplazados por equipos a gas mucho más eficientes y económicos. Esto por

supuesto redujo sustancialmente el consumo de energía eléctrica en los hogares colombianos en los

últimos 15 años. Estas tablas contienen los valores de diversificación de carga desde 3 hasta 100

usuarios. No existe ninguna nota aclaratoria por parte de Codensa en su norma sobre cómo se debería

diversificar para cantidades mayores a 100 usuarios.

1.2.1.2.2. EPM

Otra empresa de gran presencia en el territorio colombiano que se encarga de realizar la distribución

y comercialización es EPM. Empresas Públicas de Medellín es un conglomerado que se encarga de

manejar los servicios públicos en el departamento de Antioquia y algunas regiones del occidente

colombiano. Entre estos servicios se encuentra la energía eléctrica a los hogares de Medellín y de más

sitios urbanos y rurales de la región.

EPM también tiene toda una gran consolidación de normas y criterios de diseño y construcción. Entre

ellas está la norma RA8-009 SELECCIÓN DE TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN DE EPM MEDIANTE

CURVAS DE DEMANDA DIVERSIFICADA. Este documento, con fecha de actualización de marzo de

2012, plantea una serie de valores de diversificación de potencia por número de usuario para poder

obtener el valor del transformador que alimentará dichos clientes.

Para realizar este dimensionamiento EPM desagrega sus valores de diversificación en tres tipos: Clase

de Carga 1 (estratos 1 y 2), Clase de Carga 2 (estratos 3 y 4) y Clase de Carga 3 (estratos 5 y 6). Esta

tabla se plantea para el cálculo de un transformador que alimenta desde 1 hasta 100 usuarios, y añade

una nota en la cual se expresa que, para más de 100 usuarios, se usará el mismo factor de

diversificación que el usado para 100. En esta tabla además se puede ver el transformador que EPM

calcula para cada cantidad de usuarios ya sea en condición monofásica o trifásica, y añade el porcentaje

de uso como parámetro de selección [6].

1.2.1.2.3. OTROS OPERADORES DE RED EN COLOMBIA.

Si bien se han mencionado los que posiblemente son los 2 Operadores de Red más grandes de mayor

nombre en Colombia, la metodología con otros operadores de otras regiones es similar. Por ejemplo,

Electricaribe, la compañía encargada de la distribución y comercialización en la zona norte de

Colombia, cuenta también con una tabla que se encuentra dentro de su norma de diseño y

construcción, y que brinda valores de factores de diversidad dependiendo el estrato del proyecto a

desarrollar.

Igualmente sucede con la empresa CHEC, encargada de la comercialización y distribución en el

departamento de Caldas; o con EMEVASI, la empresa de energía del departamento del Putumayo; o

EBSA, la electrificadora del departamento de Boyacá.

En general, es posible afirmar que atendiendo lo dicho en la NTC 2050 220-37, todas las electrificadoras

plantean sus propios factores de diversificación y sus propias metodologías de dimensionamiento de

transformadores y redes de baja tensión. No obstante, se encuentran similitudes en los parámetros a

usar tales como el número de usuarios o el estrato que tendrá el proyecto.

1.2.2. Contexto Internacional

En el ámbito internacional se tiende a seguir el estándar IEC 60439, según lo explica Robles en su

investigación [1]. Otros países realizan este cálculo según se ve a continuación:

1.2.2.1. Argentina.

Tal como lo menciona la norma internacional IEC 60439, se establece el “grado de electrificación” del

proyecto o unidad objeto de estudio. Con esto se logra dimensionar las características de la instalación.

TABLA 15. DEMANDA DE POTENCIA MÁXIMA NORMA ARGENTINA.

Grado de Electrificación

Demanda de Potencia Máxima simultanea

Límite de aplicación

Mínima Hasta 3000 VA hasta 60𝑚2

Media Hasta 6000 VA hasta 150𝑚2

Elevada Hasta 6000 VA Más de 150𝑚2

Tomado de: Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda. Página 23.

A partir de esta tabla se clasificará el grado de electrificación del inmueble según su consumo y

teniendo en cuenta su área.

Una vez realizada esta clasificación se aplicará la siguiente tabla:

TABLA 16. FACTORES DE SIMULTANEIDAD DE CONSUMO. REGLAMENTO DE LA ASOCIACIÓN

ELECTROTÉCNICA ARGENTINA.

Número de Viviendas

Coeficientes de Simultaneidad

Electrificación Mínima y Media

Electrificación Elevada

2 a 4 1 0,8

5 a 15 0,8 0,7

16 a 25 0,6 0,5

> 25 0,5 0,4 Tomado de: Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda. Página 24.

1.2.2.2. BOLIVIA

El documento “Disposiciones Técnicas para Instalaciones de Media y Baja Tensión”, el cual Robles

(2007) [1], cita del año 2004. Menciona que se debe determinar la demanda máxima del conjunto o

edificio destinado principalmente para vivienda, a partir de la suma de las demandas máximas

simultaneas del conjunto de apartamentos, los servicios comunes, y los locales comerciales del edificio,

si los hay.

Una vez calculada la demanda máxima, se procederá a aplicar el factor de simultaneidad de acuerdo

con la siguiente tabla:

TABLA 17. DEMANDA MÁXIMA SIMULTÁNEA O FACTOR DE SIMULTANEIDAD CORRESPONDIENTE AL

CONJUNTO DE VIVIENDAS.

No de Viviendas familiares

Factor de simultaneidad Consumo mínimo y

medio Entre 10-50Kw

Factor de simultaneidad Nivel de Consumo Elevado

Mayor a 50Kw

2-4 1,0 0,8

5-10 0,8 0,7

11-20 0,6 0,5

21-30 0,4 0,3

Tomado de: Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda. Página 25.

1.2.2.3. URUGUAY.

Al igual que en el caso boliviano, el Reglamento de Baja Tensión de Uruguay contempla una tabla de

factores de simultaneidad que se aplicarán a la carga máxima obtenida para el conjunto de usuarios

que se está estudiando. La tabla que se tiene es la siguiente:

TABLA 18. FACTORES DE SIMULTANEIDAD SEGÚN NÚMERO DE VIVIENDAS.

Número de Clientes Factor de Simultaneidad

2-4 1

5-9 0,78

10-14 0,63

15-19 0,53

20-24 0,49

25-29 0,46

30-34 0,44

35-39 0,42

40-49 0,41

50 a más 0,40 Tomado de: Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda. Página 28.

1.2.2.4. ESPAÑA

En el caso de la normativa española, Robles [1] explica que el documento “ITC-INTRUCCIÓN TÉCNICA

COMPLEMENTARIA” y su sección: “ITC-BT-10 PREVISIÓN DE CARGAS PARA SUMINISTROS EN BAJA

TENSIÓN”, establece la siguiente tabla:

TABLA 19. CARGA CORRESPONDIENTE A UN CONJUNTO DE VIVIENDAS. [1]

No. De Viviendas (n)

Coeficiente de Simultaneidad

Factor de Simultaneidad

1 1 1

2 2 1

3 3 1

4 3,8 0,95

5 4,6 0,92

6 5,4 0,9

7 6,2 0,886

8 7,0 0,875

9 7,8 0,87

10 8,5 0,85

11 9,2 0,836

12 9,9 0,825

13 10,6 0,815

14 11,3 0,81

15 11,9 0,793

16 12,5 0,78

17 13,1 0,77

18 13,7 0,76

19 14,3 0,753

20 14,8 0,74

21 15,3 0,729

n>21 15,3+(n-21)0,5 15,3/n + (n-21)/2n Tomado de: Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda. Página 30.

Para conocer la carga diversificada de un grupo de usuarios, se debe calcular el promedio de las cargas

máximas de ese grupo y aplicar el coeficiente de simultaneidad que corresponda al número de usuarios

según la anterior tabla. El coeficiente de simultaneidad no es más que el resultado de multiplicar el

factor de simultaneidad con el número de usuarios.

2. FACTORES DE DIVERSIFICACIÓN PARA EL CÁLCULO DE

DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES Y ALIMENTADORES.

2.1. EVALUACIÓN PRÁCTICA DE FACTORES

Con base en el documento “Análisis de la curva de demanda eléctrica para usuarios residenciales

estrato 4 en la ciudad de Bogotá, ante diferentes escenarios de los hábitos de consumo”, escrito por

Hernández y Carrillo en 2017 [7], el cual propone un modelo de la curva de demanda eléctrica en

usuarios estrato 4 en la ciudad de Bogotá, la cual se obtiene por dos métodos, primero una encuesta

a 115 usuarios, en la cual se solicitaba información como tipo de electrodomésticos, iluminación,

porcentaje de tiempo de uso, tipo de tecnología y horarios, esto para obtener información con la que

se logró la caracterización de hábitos de consumo. El segundo método consistió en instalar un

analizador de redes en las cuentas de 19 usuarios durante periodos de 2 a 5 días completos, excluyendo

fines de semana, esta información permitió que por medio del software Matlab® se obtuviera un

modelo en el que se representa la curva de demanda de un usuario residencial en estrato 4 en la ciudad

de Bogotá.

De las encuestas realizadas, los autores concluyeron que el mayor consumo se presenta en horas de

la mañana y se debe a dispositivos de aseo, los cuales se representan como ducha eléctrica y

calentador eléctrico, que son cargas asociadas con la hora del baño de los usuarios. Luego se

encuentran los dispositivos de cocina, entre los cuales se encuentran licuadora, horno eléctrico y horno

microondas. En las horas de la tarde el consumo por parte de electrodomésticos disminuye, mientras

que la carga representativa se debe a electrodomésticos relacionados con cocina, lavado y

entretenimiento. Por la noche, de 6 a 9 pm que se podría considerar el segundo pico de mayor

demanda en el día se debe a cargas de iluminación, entre las que los encuestados cuentan con tipos

de luminaria incandescente, fluorescente, LED y halógena. Por último, en las horas ultimas horas del

día y la madrugada, los encuestados representan un consumo significativo, pero esto se debe a que

los intervalos en estas horas fueron muy altos, por lo que los autores consideran que los datos no

representan una realidad del consumo y nos los consideran de gran aporte a su investigación.

En cuanto a las mediciones obtenidas, los autores enfatizan que los usuarios estudiados sirven de

grupo de estudio para el análisis estadístico en el que se pretende estandarizar una curva para el

consumo de los usuarios de estrato 4 en la ciudad de Bogotá. La medición de los datos se realizó cada

dos minutos, con lo que por hora se obtuvieron 30 datos, lo cual ayudó en la representación de la curva

de una manera fiel al consumo, la comparación de los datos medidos se observa en la figura 1.

Figura 1. Curva de demanda eléctrica de los 19 usuarios [7].

Luego, toda la información fue procesada en el Software Matlab® y se hace por grupos de

electrodomésticos, teniendo como datos de entrada el porcentaje de uso por hora, la potencia por

tipo de tecnología, vector de probabilidad de uso por hora del dispositivo y vector de tiempo, el

programa mediante un código en el que se analizan las variables y teniendo en cuenta la aleatoriedad

de los consumos arroja datos como potencia total de cada hora, energía mes consumida (kWh) y la

gráfica de potencia vs tiempo entre otros, este proceso se realiza para los grandes grupos de cargas

que se pueden encontrar en una vivienda en Bogotá de estrato 4.

Finalmente, en el proceso para establecer la curva, los autores realizaron 1000 simulaciones, lo que

amplía de cierta manera el grupo de estudio, esto debido a la ya antes mencionada aleatoriedad que

se le asignó al código de Matlab®, y con el cual se logran diversos resultados de consumos que podrían

generarse en usuarios de estrato 4 en la ciudad de Bogotá. La curva obtenida se muestra a

continuación, en ella se puede ver que en el caso de mayor criticidad de consumo en un día se pueden

a llegar a presentar como pico 600W de consumo.

Figura 2. Curva de demanda, Modelo Final. Fuente: Hernández y Carrillo. 2017 [7].

Con base en el muestreo realizado y teniendo un grupo de datos significativo, se parte de la curva de

la figura 2 para realizar el presente análisis.

Al revisar la Figura 2, se puede apreciar que un hogar estrato 4 en la ciudad de Bogotá difícilmente

superará el kW de potencia pico a lo largo del día. Sin embargo, varios diseñadores coinciden en marcar

que un apartamento estrato 4 se suele proyectar con un pin de corte (protección aguas abajo de la

medida) de 50 amperios. Si se analiza la tabla 310-16 “Capacidad de corriente permisible en

conductores aislados para 0 a 2000 V nominales y 60°C a 90°C. No más de tres conductores portadores

de corriente en una canalización, cable o tierra (directamente enterrados) y temperatura ambiente de

30°C.”, de la NTC 2050, la cual es la guía para el dimensionamiento de conductores con base en su

capacidad nominal de corriente, se encuentra que, para una corriente de 50 A (máxima permisible por

el pin de corte), el conductor que se proyecta es un 8 AWG cobre. Esto quiere decir, que en un

momento de trabajo pico, el máximo estrés de potencia que soportará la instalación interna antes de

que la protección principal (pin de corte) se dispare será (asumiendo un tablero de apartamento

trifásico):

50𝐴 ∗ 208𝑉 ∗ √3 = 18.01𝑘𝑉𝐴

Proponiendo un factor de potencia de 0.9, con base en las cargas no lineales que puedan existir dentro

del apartamento (computadores, iluminación LED, videojuegos, etc.) la potencia de máximo estrés en

vatios para el apartamento trifásico será:

18.01𝑘𝑉𝐴 ∗ 0.9 = 16.2𝑘𝑊

Tal potencia (16.2kW), resulta extremadamente alta, comparada con la potencia pico vista en la figura

2. Por lo que se realizará el ejercicio asumiendo que el apartamento en estudio será monofásico:

50𝐴 ∗ 120𝑉 = 6.00𝑘𝑉𝐴

Una vez más, se asumirá un factor de potencia de 0.9:

6.0𝑘𝑉𝐴 ∗ 0.9 = 5.4𝑘𝑊

Esto significa que la máxima potencia que puede obtener una única unidad residencial antes de que

su protección principal se dispare serán 5.4kW, la cual comparada con los 600W pico analizados en la

figura 2, representan:

600𝑊

5400𝑊= 11%

Es decir que, desde el diseño, la potencia instalada de una unidad de vivienda está muy por encima

del valor que en realidad se puede llegar a consumir, esto enfatizando que se trata de un usuario en

la ciudad de Bogotá.

Si bien el anterior análisis muestra un significativo desbalance entre la potencia instalada y la

demandada por una unidad de vivienda, es prudente realizar un análisis práctico del mismo. Para ello,

se tomarán los consumos de los últimos 4 meses de una vivienda estrato 4 ubicada en la ciudad de

Bogotá, y a partir de esa información se intentará mostrar la potencia de demanda práctica.

TABLA 20. CONSUMO MENSUAL DE UNA VIVIENDA ESTRATO 4.

MES (año 2018) CONSUMO (kWh)

MAYO 213

JUNIO 207

JULIO 270

AGOSTO 270

SEPTIEMBRE 238

Suponiendo que las horas de actividad pico de un apartamento estrato 4 son entre las 4 am y las 10

am (6 horas) y 6 pm y las 9 pm (3 horas), esto con base en las crestas de consumo identificadas en la

gráfica 1, se tendría un total de 9 horas de consumo pico. Asumiendo además que dicho consumo es

constante a lo largo de las 9 horas. La potencia demandada sería (cálculo para el mes de mayo):

213𝑘𝑊 − ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑚𝑒𝑠∗

1𝑚𝑒𝑠

30 𝑑í𝑎𝑠=

7.1𝑘𝑊 − ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑑í𝑎

Realizando el cálculo para las 9 horas diarias que se consideran pico:

7.1𝑘𝑊 − ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑑í𝑎∗

1𝑑í𝑎

9 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠= 0.79𝑘𝑊

Se obtiene que el valor de consumo pico constante durante las 9 horas pico identificadas fue de

0.79kW para el mes de mayo, en el apartamento de estudio.

Se realiza el mismo cálculo para los otros meses de estudio y se obtiene:

TABLA 21. POTENCIA PICO DIARIA DEMANDADA.

MES (año 2018) Demanda pico diaria (kW)

MAYO 0.79

JUNIO 0.76

JULIO 1.00

AGOSTO 1.00

SEPTIEMBRE 0.88

De los datos calculados se obtiene que la demanda diaria (por las 9 horas pico identificadas) en kW,

en promedio de los 5 meses es de: 0.89 kWh. Este valor corresponde a un solo apartamento en la

ciudad de Bogotá.

3. COMPARACIÓN DE CARGA INSTALADA CONTRA CARGA

DEMANDADA EN VIVIENDAS ESTRATO 4

3.1. COMPARACIÓN CON EL MARCO INTERNACIONAL

A nivel internacional se tiene una aproximación diferente a la necesidad de establecer la simultaneidad

de la demanda, respecto a cómo se da en Colombia. En el país, como ya fue descrito, los operadores

de red tienen tablas que asignan valores de Potencia por Usuario dependiendo de la cantidad de

usuarios que se esté analizando. En otros países, por el contrario, lo que se hace es tener un factor que

corrige el sobredimensionamiento de potencia, respecto de la potencia instalada, con base en la

cantidad de usuarios que se esté evaluando.

Así, por ejemplo, en Colombia, el operador de Red Codensa estima un valor de potencia de 1.06 kVA

por usuario para 24 usuarios de estrato 3 con instalaciones de gas domiciliario, lo que a la larga significa

que ese grupo de 24 usuarios tendrá una carga de:

24 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 1.06𝑘𝑉𝐴

𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜= 25.44𝑘𝑉𝐴

Por tanto, el alimentador que se elija para ese grupo de 24 usuarios deberá soportar una potencia de

25.44 kVA.

Se puede ver que esta metodología no discrimina los usuarios según su potencia instalada,

simplemente asigna un valor de 25.44 kVA a todos los grupos de 24 usuarios que haya en las redes de

baja tensión administradas por Codensa, incluso para diferentes proyectos, desconociendo el carácter

individual de cada proyecto. Lo mismo ocurre con los demás operadores que como ya se sustentó,

obedecen a la misma metodología.

La metodología internacional, por el contrario, si contempla las características individuales de cada

proyecto, y asigna un factor de diversificación al total de la carga instalada para cada grupo. Por

ejemplo, según explica Robles (2017) [1]: En España, el documento ITC – INSTRUCCIÓN TÉCNICA

COMPLEMENTARIA. En su sección ITC-BT-10 PREVISIÓN DE CARGA PARA SUMINISTROS EN BAJA

TENSIÓN, aclara que la carga correspondiente a un determinado número de viviendas “se obtendrá

multiplicando la media aritmética de las potencias máximas previstas en cada vivienda, por el

coeficiente de simultaneidad indicado en la tabla según el número de viviendas” [1].

Para el caso expuesto anteriormente, las consideraciones de estrato e instalaciones internas con o sin

gas no son tenidas en cuenta por la normatividad española. Además, se requiere un valor de carga

instalada promedio para los 24 usuarios a evaluar. Realizando una revisión documental a través de

diferentes proyectos de vivienda estrato 3 en su fase de diseño eléctrico, se puede observar que los

criterios de los diseñadores para la carga instalada varían entre 3 y 4 kVA. Por lo tanto, para el presente

ejemplo, se usará una carga instalada de 3.5kVA

Aplicando entonces lo mencionado en la norma española, se tiene que la carga para el grupo de 24

usuarios será:

- Cálculo del Factor de simultaneidad para 24 usuarios:

VER TABLA 19.

15.3

𝑛+

(𝑛 − 21)

2𝑛=

15.3

24+

(24 − 21)

48= 0.7

- Cálculo de la carga para el grupo de 24 usuarios, según el ejemplo dado:

(3.5𝑘𝑉𝐴

𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜∗ 0.7) ∗ 24 = 58.8𝑘𝑉𝐴

Como se puede ver, las metodologías son muy diferentes y llevan a resultados igualmente diferentes,

casi el doble si se compara el resultado con norma española versus el resultado con norma Codensa.

Esto no significa que una u otra metodología sea mejor, para eso es necesario realizar un estudio

mucho más a fondo de la justificación de las fórmulas factores y contextos usados en cada una. Este

trabajo pretende ser un primer paso en esa dirección.

Sin embargo, es destacable que, al comparar las metodologías de cálculos de carga diversificada en los

países anteriormente mencionados, exista una cierta cercanía entre ellos. Los valores para el mismo

número de viviendas no difieren sustancialmente uno de otro.

La siguiente tabla permite realizar dicha comparación y al mismo tiempo evidenciar la cercanía de los

valores para cada uno de los 4 países referenciados.

TABLA 22. COMPARACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIFIACIÓN POR NÚMERO DE VIVIENDAS EN

ARGENTINA, BOLIVIA, URUGUAY Y ESPAÑA [1]

Número de Viviendas

Argentina Bolivia

Uruguay España Electrificación mín y med

Electrificación Elevada

Consumo 10-50kW

Consumo > 50kW

2 1,0 0,8 1,0 0,8 1,00 1

3 1,0 0,8 1,0 0,8 1,00 1

4 1,0 0,8 1,0 0,8 1,00 0,95

5 0,8 0,7 0,8 0,7 0,78 0,92

6 0,8 0,7 0,8 0,7 0,78 0,9

7 0,8 0,7 0,8 0,7 0,78 0,886

8 0,8 0,7 0,8 0,7 0,78 0,875

9 0,8 0,7 0,8 0,7 0,78 0,87

10 0,8 0,7 0,8 0,7 0,63 0,85

11 0,8 0,7 0,6 0,5 0,63 0,836

12 0,8 0,7 0,6 0,5 0,63 0,825

13 0,8 0,7 0,6 0,5 0,63 0,815

14 0,8 0,7 0,6 0,5 0,63 0,81

15 0,8 0,7 0,6 0,5 0,53 0,793

16 0,6 0,5 0,6 0,5 0,53 0,78

17 0,6 0,5 0,6 0,5 0,53 0,77

18 0,6 0,5 0,6 0,5 0,53 0,76

19 0,6 0,5 0,6 0,5 0,53 0,753

20 0,6 0,5 0,6 0,5 0,49 0,74

21 0,6 0,5 0,4 0,3 0,49 0,729

22 0,6 0,5 0,4 0,3 0,49 15,3/n + (n-21)/2n

23 0,6 0,5 0,4 0,3 0,49

24 0,6 0,5 0,4 0,3 0,49

25 0,6 0,5 0,4 0,3 0,46 Tomado de: Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda. Página 38.

De la Tabla 22. se destaca el caso de España, cuyo reglamento técnico es el único que estipula una

fórmula para cantidades de vivienda superiores al último número encontrado en la columna de

referencia.

3.2. COMPARACIÓN ENTRE DIMENSIONAMIENTOS TEÓRICOS NACIONALES

Pese a que la comparación directa entre las metodologías nacionales e internacionales para obtener

los valores de carga diversificada no puede ser establecida con exactitud, sí es posible realizar este

ejercicio entre las compañías operadores de red dentro del territorio nacional. Para ello se tomarán

como ejemplo las metodologías Codensa y EPM para el cálculo de transformadores, siendo estas las

empresas operadoras de red con mayor incidencia en la comercialización y distribución de energía

eléctrica en Colombia, e igualmente se usarán las tablas del Código Eléctrico Colombiano, tomándolo

como parámetro general en el país.

Para realizar la comparación y tomando en cuenta los parámetros requeridos por las metodologías de

los operadores de red colombianos, se proponen los siguientes datos de entrada para el cálculo.

- Caso 1:

Número de Viviendas: 48

Estrato: 4

Carga de servicios comunes: 24 kVA. (Dato para cálculo Codensa)

Carga instalada apartamento (sin cargas especiales): 2.5kVA

Cargas Especiales: 5kVA por apartamento. (Dato para cálculo Codensa)

- Caso 2:


Estrato: 4




- Caso 3:


Estrato: 4




Esta información se resume en la siguiente tabla.

TABLA 23. CARACTERÍSTICAS DE LOS CASOS DE ESTUDIO

CASO 1 CASO 2 CASO 3

No. De Viviendas 48 48 120

Estrato 4 4 4

Carga de Servicios Comunes 24 80 150

Carga instalada por apartamento 2.5 2.5 2.5

Cargas Especiales por apartamento 5 5 5

3.2.1. CALCULO DE TRANSFORMADOR SEGÚN CODENSA

Como ya se observó, la norma Codensa establece una metodología diferente respecto a otros

operadores para el cálculo de transformadores. Es por esto que para cada caso se propusieron los

valores de carga de servicios comunes y cargas especiales necesarios para poder realizar la

comparación.

- Caso 1:

Aplicando la fórmula establecida en la norma Codensa:

𝑘𝑉𝐴(𝑆𝐶+𝐶𝐸) 𝐶𝐿𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸⁄ =𝑘𝑉𝐴𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠𝐶𝑜𝑚𝑢𝑛𝑒𝑠 + 𝑘𝑉𝐴𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑑𝑒𝐶𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

Se tiene que:

𝑘𝑉𝐴(𝑆𝐶+𝐶𝐸) 𝐶𝐿𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸⁄ =24𝑘𝑉𝐴 + (48 ∗ 5 ∗ 0.26)

48= 1.8

**Factor de diversificación para las cargas especiales según la tabla 220-32 NTC2050.

Con este valor, se encuentra el transformador correspondiente según el Anexo 2. Tablas de

dimensionamiento de transformadores, del documento: Carga máxima diversificada para el sector

residencial. [5]

TABLA 24. DIMESIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES PARA ESTRATO 4

ESTRATO 4 Carga S Servicios comunes 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8


15 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 5 4 4 4

30 14 13 12 12 11 11 10 10 10 9 9 9 8 8

45 22 21 20 19 18 18 17 16 16 15 15 14 14 13

75 34 32 31 30 28 27 26 25 24 23 23 22 21 20

112.5 55 52 50 48 46 44 42 40 39 38 36 35 34 33

150 75 71 68 65 62 60 58 55 53 52 50 48 47 45

225 95 91 87 83 9 76 73 71 68 66 63 61 59 58

300 110 105 100 96 92 88 85 82 79 76 73 71 69 67

400 198 189 180 173 165 159 153 147 142 137 132 128 124 120

500 243 231 220 211 202 194 186 180 173 167 162 156 151 147

630 315 300 286 274 262 252 242 233 225 217 210 203 197 191

750 375 357 341 326 312 300 288 278 268 258 250 242 234 227 Tomado de: ANEXO 2 DE CODENSA S.A. ESP

Aplicando lo establecido en la norma Codensa en mención, se tiene que para las condiciones

estipuladas en el caso 1 el transformador que se debe seleccionar es de 112.5 kVA

- Caso 2: Nuevamente se aplica la fórmula de la norma Codensa.

𝑘𝑉𝐴(𝑆𝐶+𝐶𝐸) 𝐶𝐿𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸⁄ =80 + (48 ∗ 5 ∗ 0.26)

48= 2.96


La norma Codensa sugiere aproximar el valor obtenido a la décima más cercana, por lo tanto, el valor

será de 3.0 kVA/cliente.

Revisando las tablas del anexo 2 de la norma Codensa:

TABLA 25. DIMESIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES PARA ESTRATO 4 PARA UN FACTOR DE 3

ESTRATO 4 Carga S Servicios comunes 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2


15 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

30 8 8 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 6 6

45 13 12 12 12 11 11 11 11 10 10 10 10 9 9

75 20 19 19 18 18 17 17 16 16 16 15 15 15 14

112.5 32 31 30 29 29 28 27 26 26 25 25 24 24 23

150 44 43 41 40 39 38 37 36 35 35 34 33 32 32

225 56 54 53 51 50 49 47 46 45 44 43 42 41 40

300 65 63 61 59 58 56 55 53 52 51 50 49 48 47

400 117 113 110 107 104 101 99 97 94 92 90 88 86 84

500 142 138 134 131 127 124 121 118 115 112 110 107 105 103

630 185 180 175 170 165 161 157 153 150 146 143 140 136 134


Según la norma Codensa, para la situación del caso 2 se requiere un transformador de 225kVA.

- Caso 3: Una vez más, se toma la fórmula de Codensa.

𝑘𝑉𝐴(𝑆𝐶+𝐶𝐸) 𝐶𝐿𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸⁄ =150 + (120 ∗ 5 ∗ 0.23)

120= 2.4


TABLA 26. DIMESIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES PARA ESTRATO 4 PARA UNA FACTOR DE 2.4

ESTRATO 4

Carga S Servicios comunes 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 TRANSFORMADORES Número de Clientes del Proyecto

15 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 5 4 4 4

30 14 13 12 12 11 11 10 10 10 9 9 9 8 8

45 22 21 20 19 18 18 17 16 16 15 15 14 14 13

75 34 32 31 30 28 27 26 25 24 23 23 22 21 20

112.5 55 52 50 48 46 44 42 40 39 38 36 35 34 33

150 75 71 68 65 62 60 58 55 53 52 50 48 47 45

225 95 91 87 83 9 76 73 71 68 66 63 61 59 58

300 110 105 100 96 92 88 85 82 79 76 73 71 69 67

400 198 189 180 173 165 159 153 147 142 137 132 128 124 120

500 243 231 220 211 202 194 186 180 173 167 162 156 151 147

630 315 300 286 274 262 252 242 233 225 217 210 203 197 191


Según la norma Codensa el transformador para el caso 3 debe ser de 400kVA.

3.2.2. CALCULO DE UN TRANSFORMADOR SEGÚN EPM

La norma EPM, como ya fue mencionado, aplica tablas con valores de potencia por número de usuarios

dependiendo el estrato de las viviendas. Dichas tablas serán aplicadas para el desarrollo de los 3 casos

del ejemplo propuesto. En ellas se sugiere un valor de transformador trifásico y otro para

transformador monofásico. Para efectos del ejercicio comparativo que se quiere ejecutar se tomarán

los valores correspondientes a transformadores trifásicos.

- Caso 1: La tabla de EPM para cálculo de transformadores muestra la siguiente información:

TABLA 27. TABLA DE EPM PARA DIMESIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES

N° Usuarios

Clase de Carga 1 - Estratos 1 y 2 Clase de Carga 2 - Estratos 3 y 4

kVA por

Usuario

kVA Totales

Trafos Monof Trafos Trif kVA por

Usuario

kVA Totales

Trafos Monof Trafos Trif

kVA Trafo

% de Uso

kVA Trafo

% de Uso

kVA

Trafo % de Uso

kVA Trafo

% de Uso

26 0,72 18,71 25,0 75% 30,0 62% 0,85 22,04 25,0 88% 30,0 73%

27 0,72 19,33 25,0 77% 30,0 64% 0,84 22,67 25,0 91% 30,0 76%

28 0,71 19,96 25,0 80% 30,0 67% 0,83 23,29 25,0 93% 30,0 78%

29 0,71 20,59 25,0 82% 30,0 69% 0,82 23,92 25,0 96% 30,0 80%

30 0,71 21,22 25,0 85% 30,0 71% 0,82 24,55 25,0 98% 30,0 82%

31 0,70 21,85 25,0 87% 30,0 73% 0,81 25,18 25,0 101% 30,0 84%

32 0,70 22,48 25,0 90% 30,0 75% 0,81 25,81 25,0 103% 30,0 86%

33 0,70 23,11 25,0 92% 30,0 77% 0,80 26,44 25,0 106% 30,0 88%

34 0,70 23,74 25,0 95% 30,0 79% 0,80 27,06 25,0 108% 30,0 90%

35 0,70 24,37 25,0 97% 30,0 81% 0,79 27,69 25,0 111% 30,0 92%

36 0,69 25,00 25,0 100% 30,0 83% 0,79 28,32 25,0 113% 30,0 94%

37 0,69 25,62 25,0 102% 30,0 85% 0,78 28,95 25,0 116% 30,0 97%

38 0,69 26,25 25,0 105% 30,0 88% 0,78 29,58 37,5 79% 30,0 99%

39 0,69 26,88 25,0 108% 30,0 90% 0,77 30,21 37,5 81% 30,0 101%

40 0,69 27,51 25,0 110% 30,0 92% 0,77 30,84 37,5 82% 30,0 103%

41 0,69 28,24 25,0 113% 30,0 94% 0,77 31,47 37,5 84% 30,0 105%

42 0,69 28,77 25,0 115% 30,0 96% 0,76 32,10 37,5 86% 30,0 107%

43 0,68 29,40 25,0 118% 30,0 98% 0,76 32,73 37,5 87% 30,0 109%

44 0,68 30,03 37,5 80% 30,0 100% 0,76 33,36 37,5 89% 30,0 111%

45 0,68 30,66 37,5 82% 30,0 102% 0,76 33,99 37,5 91% 30,0 113%

46 0,68 31,29 37,5 83% 30,0 104% 0,75 34,62 37,5 92% 30,0 115%

47 0,68 31,92 37,5 85% 30,0 106% 0,75 35,25 37,5 94% 30,0 117%

48 0,68 32,55 37,5 87% 30,0 108% 0,75 35,88 37,5 96% 45,0 80%

49 0,68 33,18 37,5 88% 30,0 111% 0,75 36,51 37,5 97% 45,0 81%

50 0,68 33,81 37,5 90% 30,0 113% 0,74 37,13 37,5 99% 45,0 83% Tomado de: Empresa de servicios públicos de Medellín y Colombia EPM. Norma RA8-009.

Por lo tanto, la carga diversificada para vivienda según la norma EPM para el caso 1, será:

48 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 ∗ 0.75𝑘𝑉𝐴

𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜= 36 𝑘𝑉𝐴

Adicionalmente, la norma RA08-009 de EPM, indica que, a la carga diversificada residencial se debe

sumar la carga de servicios comunes con un factor de demanda de 1 y las cargas especiales

diversificadas.

TABLA 28. DIVERSIFICACIÓN DE CARGAS PARA CASO 1 SEGÚN EPM

Elemento Diversificado CARGA (kVA)

Carga residencial 36

Carga Zonas Comunes 24

Cargas Especiales* 62.4

CARGA TOTAL 122.4

*Factor de diversificación para las cargas especiales según la tabla 220-32 NTC2050.

En Conclusión, usando la metodología EPM para el caso 1, el transformador resultante es uno de

112,5kVA, el cual en condiciones de uso máximo (todas las salidas demandando la carga máxima

instalada para cada uno), tendría un porcentaje de uso del 108%, el cual se encuentra dentro de los

parámetros del operador.

- Caso 2: Para diversificar la carga residencial en el caso 2, se usa la misma tabla del caso 1. Por

lo tanto, la carga diversificada para vivienda según la norma EPM para el caso 2, será:


𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜= 36 𝑘𝑉𝐴

La consideración, al igual que en el caso 1 sigue siendo de factor de demanda 1 para los

servicios comunes y la suma de las cargas especiales diversificadas.



Carga residencial 36


Cargas Especiales* 62.4

CARGA TOTAL 178.4


En conclusión, usando la metodología EPM para el caso 2, el transformador resultante es uno de

150kVA, el cual en condiciones de uso máximo (todas las salidas demandando la carga máxima



- Caso 3: Según la Tabla de cálculo de transformadores para zona residencial urbana, se tiene:

TABLA 30. TABLA DE DIMENSIONAMIENTO DE TRANSFORMADORES SEGÚN EPM

N° Usuarios

Clase de Carga 1 - Estratos 1 y 2 Clase de Carga 2 - Estratos 3 y 4

kVA por

Usuario

kVA Totales

Trafos Monof

Trafos Trif kVA por

Usuario

kVA Totales

Trafos Monof

Trafos Trif

kVA Trafo

% de Uso

kVA Trafo

% de Uso

kVA

Trafo % de Uso

kVA Trafo

% de Uso

76 0.66 50.18 50 1 45 112% 0.7 53.52 50 107% 75 71%

77 0.66 50.81 50 1.02 45 113% 0.7 54.18 50 108% 75 72%

78 0.66 51.44 50 1.03 45 114% 0.7 54.78 50 110% 75 73%

79 0.66 52.07 50 1.04 45 116% 0.7 55.41 50 111% 75 74%

80 0.66 52.68 50 1.05 45 117% 0.7 56.04 50 112% 75 75%

81 0.66 53.32 50 1.07 75 71% 0.7 56.67 50 113% 75 75%

82 0.66 53.95 50 1.08 75 72% 0.7 57.3 50 115% 75 76%

83 0.66 54.58 50 1.09 75 73% 0.7 57.93 50 116% 75 77%

84 0.66 55.21 50 1.1 75 74% 0.7 58.56 50 117% 75 78%

85 0.66 55.84 50 1.12 75 74% 0.7 59.12 50 118% 75 79%

86 0.66 56.47 50 1.13 75 75% 0.7 59.82 75 80% 75 80%

87 0.66 57.1 50 1.14 75 75% 0.69 60.45 75 81% 75 81%

88 0.66 57.73 50 1.15 75 77% 0.69 61.08 75 81% 75 82%

89 0.66 58.3 50 1.17 75 78% 0.69 61.71 75 82% 75 82%

90 0.66 58.89 50 1.18 75 78% 0.69 62.34 75 83% 75 83%

91 0.66 59.62 75 0.79 75 79% 0.69 63.07 75 84% 75 84%

92 0.65 60.25 75 0.8 75 79% 0.69 63.6 75 85% 75 85%

93 0.65 60.86 75 0.81 75 80% 0.69 64.23 75 86% 75 86%

94 0.65 61.52 75 0.82 75 81% 0.69 64.86 75 86% 75 86%

95 0.65 62.17 75 0.83 75 82% 0.69 65.29 75 87% 75 87%

96 0.65 62.82 75 0.84 75 83% 0.69 66.12 75 88% 75 88%

97 0.65 63.47 75 0.85 75 84% 0.69 66.75 75 89% 75 89%

98 0.65 64.13 75 0.86 75 85% 0.69 67.38 75 90% 75 90%

99 0.65 64.78 75 0.86 75 86% 0.69 68.07 75 91% 75 91%

100 0.65 65.44 75 0.87 75 87% 0.69 68.75 100 69% 112.5 81%

Tomado de: Empresa de servicios públicos de Medellín y Colombia EPM. Norma RA8-009.

Por lo tanto, la carga diversificada para vivienda según la norma EPM para el caso 3, será:


𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜= 82.8 𝑘𝑉𝐴

La consideración, al igual que en el caso 1, sigue siendo de factor de demanda 1 para los servicios

comunes y la suma de las cargas especiales diversificadas.



Carga residencial 82.8


Cargas Especiales* 138

CARGA TOTAL 370.8


En conclusión, usando la metodología EPM para el caso 2, el transformador resultante es uno de

400kVA, el cual en condiciones de uso máximo (todas las salidas demandando la carga máxima



3.2.3. CALCULO DE UN TRANSFORMADOR SEGÚN NTC 2050 La norma técnica NTC 2050 (Código Eléctrico Colombiano), no establece de manera explícita una

metodología para el cálculo de transformadores. Sin embargo, ha sido aceptado por certificadores

RETIE y por operadores de red, que las tablas de cálculo de acometidas y alimentadores sean usadas

para tal fin. De esta forma, se tendrían dos (2) formas alternativas de calcular un transformador a partir

de lo contemplado en la NTC 2050, esto es, a partir del uso de la tabla de la sección 220-11 o de la

tabla que se encuentra en la sección 220-32.

La misma norma aclara cuál de las dos usar, esto sucede en la introducción del artículo 220-32, en

donde se menciona:

“220-32. Cálculos opcionales en viviendas multifamiliares.

a) Carga del alimentador o de la acometida. Se permite calcular la carga del alimentador

o de la acometida de una vivienda multifamiliar según la Tabla 220-32 en lugar de la Parte

B de esta Sección, cuando se cumplan todas las siguientes condiciones:

1) Que ninguna unidad de vivienda esté servida por más de un alimentador.

2) Que cada unidad de vivienda tenga equipo de cocina eléctrico.

Excepción. Cuando la carga calculada para viviendas multifamiliares sin estufa eléctrica

según la Parte B de esta Sección supere la calculada según la Parte C para idéntica carga,

más la estufa eléctrica (8 kW por unidad), se permite aplicarla menor de las dos cargas.

3) Que cada unidad de vivienda esté equipada con calefacción eléctrica de ambiente, aire

acondicionado o ambos. Los conductores de los alimentadores y las acometidas cuya

carga de demanda venga determinada por este cálculo opcional, podrán tener la carga

del neutro tal como establece el Artículo 220-22”. [4]

El texto citado menciona “la Parte B” haciendo referencia a la tabla 220-11, y menciona que se deberán

cumplir las 3 condiciones sin excepción para poder remplazar la tabla 220-11 con la 220-32.

Analizando lo contenido en cada una de las condiciones para definir cuál de las tablas usar, se tiene

que: La condición 1) es una condición muy general que puede presentarse con facilidad en cualquier

proyecto. Por el contrario, las condiciones 2) y 3) son condiciones muy específicas que determinan

escenarios que no se presentan con tan alta frecuencia en la mayoría de los proyectos de vivienda

multifamiliar. Actualmente, por economía en la instalación y en el uso final, las estufas eléctricas han

sido ampliamente desplazadas por las estufas de gas. Por lo tanto, la condición 2) deja de tener una

validez general. Adicionalmente, la condición 3) hace referencia a aparatos de calefacción y control de

temperatura. Estos aparatos no son de una demanda tan alta como para ser considerados de uso

general en proyectos de vivienda estrato 4, entendiendo que en este nivel socioeconómico no se

tienen tales necesidades de comodidad a menos que el proyecto se desarrolle en una zona de clima

cálido, lo cual no corresponde a los casos que se están evaluando (Codensa – Bogotá, EPM – Medellín).

Con estas consideraciones se tiene que la metodología a usar será la establecida en la tabla 220-11.

Por lo tanto, el cálculo del transformador será así:

- Caso 1:

Carga Total:

48𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎𝑠 ∗ (5𝑘𝑉𝐴 + 2.5𝑘𝑉𝐴) = 360𝑘𝑉𝐴

Carga Diversificada:

Primeros 3000 VA (3 kVA). Factor de diversidad: 100%

3𝑘𝑉𝐴 ∗ 100% = 3𝑘𝑉𝐴

De 3001 VA a 120000 VA (3,001 kVA a 120 kVA). Factor de diversidad: 35%

120𝑘𝑉𝐴 ∗ 35% = 42𝑘𝑉𝐴

A partir de 120000VA (120 kVA). Factor de diversidad: 25%

Teniendo en cuenta que en los dos pasos anteriores ya se diversificaron 3 kVA y 120 kVA.

Restan 237 kVA de la carga total calculada para ser diversificados.

237𝑘𝑉𝐴 ∗ 25% = 59.25𝑘𝑉𝐴

La carga total diversificada de vivienda, será la suma de los tres pasos, por lo tanto, será:

3𝑘𝑉𝐴 + 42𝑘𝑉𝐴 + 59.25𝑘𝑉𝐴 = 104.25𝑘𝑉𝐴

A la carga de Vivienda, se agrega la carga de servicios comunes, y se tiene:

104.25𝑘𝑉𝐴 + 24𝑘𝑉𝐴 = 128.25𝑘𝑉𝐴

Con esta carga y con base en los valores nominales comerciales de los transformadores

existentes, para el caso 1 el transformador será de 150 kVA. Con una cargabilidad del 86%

- Caso 2:

Dado que los parámetros de evaluación en la metodología de la tabla 220-11 de la NTC 2050

son iguales para el caso 1 y el caso 2. El resultado de la diversificación de potencia de vivienda

será el mismo.

Por tanto,

Carga diversificada de vivienda: 104.25 kVA

Carga de servicios comunes: 80 kVA

A la carga de Vivienda, se agrega la carga de servicios comunes, y se tiene:

104.25𝑘𝑉𝐴 + 80𝑘𝑉𝐴 = 184.25𝑘𝑉𝐴

Esta carga permite concluir que el transformador para este caso será de: 225 kVA, con una

cargabilidad del 81%.

- Caso 3:

Carga Total:

120𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎𝑠 ∗ (5𝑘𝑉𝐴 + 2.5𝑘𝑉𝐴) = 900𝑘𝑉𝐴

Carga Diversificada:

Primeros 3000 VA (3 kVA). Factor de diversidad: 100%

3𝑘𝑉𝐴 ∗ 100% = 3𝑘𝑉𝐴

De 3001 VA a 120000 VA (3,001 kVA a 120 kVA). Factor de diversidad: 35%

120𝑘𝑉𝐴 ∗ 35% = 42𝑘𝑉𝐴

A partir de 120.000 VA (120 kVA). Factor de diversidad: 25%

Teniendo en cuenta que en los dos pasos anteriores ya se diversificaron 3 kVA y 120 kVA.

Restan 777 kVA de la carga total calculada para ser diversificados.

777𝑘𝑉𝐴 ∗ 25% = 194.25𝑘𝑉𝐴

La carga total diversificada será la suma de los tres pasos, por lo tanto, será:

3𝑘𝑉𝐴 + 42𝑘𝑉𝐴 + 194.25𝑘𝑉𝐴 = 239.25𝑘𝑉𝐴

A la carga diversificada de vivienda se le agrega la carga de servicios comunes:

239.25𝑘𝑉𝐴 + 150 = 389.25𝑘𝑉𝐴

Con esta carga y con base en los valores nominales comerciales de los transformadores

existentes, para el caso 3 el transformador será de 400 kVA. Con factor de uso del 97%

TABLA 32. COMPARACIÓN DE LOS FACTORES DE DIVERSIFICACION DE DIFERENTES O.R.Y LA NORMA NTC 2050

Capacidad del Transformador en kVA según:

CODENSA EPM NTC 2050

Caso 1 112,5 112.5 150

Caso 2 225 150 225

Caso 3 400 400 400

ANÁLISIS DE RESULTADOS

ANÁLISIS ECONÓMICO Como se pudo apreciar en el ejercicio de aplicación, diferentes metodologías pueden llevar a

diferentes valores de capacidad para los transformadores, lo cual impacta de manera directa los costos

del proyecto.

A continuación, se pretende realizar un paralelo de los valores de los transformadores obtenidos según

cada metodología aplicada a cada uno de los casos de análisis teórico, y al mismo tiempo establecer el

porcentaje de sobre costo que se produce.

Los operadores de red permiten el uso de transformadores con aislamiento tipo seco y en aceite. Para

los casos que se están desarrollando en este documento, se supone que el proyecto ha decidido el uso

de transformadores tipo seco clase H (transformadores con devanados refrigerados con aire). A

continuación, se presentan los valores comerciales de los transformadores que corresponden a cada

uno de los casos anteriormente vistos.

Se contemplarán los valores de transformadores con devanados en Aluminio y con devanados en

Cobre.

TABLA 33. PRECIOS DE TRANSFORMADORES CON DEVANADOS EN ALUMINIO

CASO CODENSA EPM NTC 2050

kVA PRECIO kVA PRECIO kVA PRECIO

1 112,5 8.300.000 112.5 8.300.000 150 10.400.000

2 225 17.600.000 150 10.400.000 225 17.600.000

3 400 23.000.000 400 23.000.000 400 23.000.000 Tomado de: Lista de precios transformadores de distribución monofásicos y trifásicos 15kV ABB.

TABLA 34. PRECIOS DE TRANSFORMADORES CON DEVANADOS EN COBRE

CASO CODENSA EPM NTC 2050

kVA PRECIO kVA PRECIO kVA PRECIO

1 112,5 10.500.000 112,5 10.500.000 150 13.000.000

2 225 20.000.000 150 13.000.000 225 20.000.000

3 400 30.000.000 400 30.000.000 400 30.000.000 Tomado de: Lista de precios transformadores de distribución monofásicos y trifásicos 15kV ABB.

De acuerdo a las tablas 33 y 34, se puede observar que cada método de diversificación implica una

inversión económica importante en el caso de los transformadores. La tabla demuestra una relación

directa entre la potencia y el precio del mismo, al ser de menor potencia los obtenidos bajo el método

de EPM se evidencia que son los más económicos en todos los casos, mientras que los transformadores

obtenidos por el método de Codensa son de mayor potencia y por lo tanto son los más costosos en

dos de los casos.

En la siguiente tabla se toma como referencia el transformador de menor potencia (EPM), que a su vez

será el más económico, y se compara caso a caso con los transformadores obtenidos por las otras

metodologías de cálculo.

TABLA 35. PORCENTAJE DE SOBRECOSTO DEL TRANSFORMADOR RESPECTO A LA METODOLOGÍA EPM

MATERIAL

DEVANADOS ALUMINIO COBRE

MÉTODO EPM NTC 2050 CODENSA EPM NTC 2050 CODENSA

Caso 1 8.300.000 25% - 10.500.000 23% -

Caso 2 10.400.000 70% 70% 8.120.000 53% 53%

Caso 3 23.000.000 - - 30.000.000 - -

CONDUCTORES BAJA TENSIÓN:

Es importante destacar que, como ya se ha mencionado, las diferentes metodologías de cálculo

pueden llevar a valores diferentes de conductores para acometidas y/o alimentadores. Sin embargo,

la selección de los tipos, cantidades y rutas de cableado serán muy particulares para cada proyecto,

teniendo en cuenta geometrías, presupuestos, arquitecturas, diseños estructurales, por lo cual asumir

un caso particular de evaluación resulta muy complicado.

ANÁLISIS COMPARATIVO DE FACTORES De los casos expuestos para realizar el ejercicio de dimensionamiento de transformadores, en el

numeral 3, se tiene que el número de usuarios en los casos 1 y 2 era el mismo: 48 usuarios, mientras

que para el caso 3 el número de usuarios fue 120.

La siguiente tabla muestra los valores de diversificación propuestos por los operadores de red Codensa

y EPM, y la tabla 220-32 de la NTC 2050 para 48 y 120 usuarios correspondientes al estrato 4.

TABLA 36. FACTORES DE DIVERSIDAD SEGÚN LOS OPERADORES DE RED PARA 48 Y 120 USUARIOS

FACTOR DE DIVERSIDAD PARA: (estrato 4 con gas)

48 USUARIOS

(kVA/usuario)

120 USUARIOS

(kVA/usuario) CODENSA 1.1 1.0

EPM 0.75 0.69

NTC 2050 n/a n/a

La tabla anterior muestra los valores de kVA por usuario que se asignan según las metodologías de los

operadores de red. Esto permite recordar que la norma NTC 2050 no contempla asignar valores de

diversidad (potencia por usuario) según el número de usuarios. De hecho, la norma colombina

únicamente habla de factores de demanda, lo cual hace que no sea posible realizar la misma

comparación.

Retomando el análisis hecho en el numeral 2, en donde se verificó la carga máxima demandada en 1

día, tanto desde el análisis teórico, como desde el práctico a partir de los datos tomados a la medida

de un apartamento estrato 4, se llegó a obtener que un usuario puede llegar a tener una demanda

máxima de 1.0 kW y promedio de 0.89 kW en un día.

Si bien, los operadores de red no especifican el modelo matemático que usan para obtener tales

valores de diversificación, si es posible conocer que este comportamiento obedece al comportamiento

de una función exponencial decreciente, como lo muestra la siguiente imagen.

Figura 3. Curva Carga máxima diversificada por estratos con gas Fuente: CODENSA SA ESP. [5].

Se puede apreciar de la Figura 3 anterior que a medida que aumenta el número de usuarios, disminuye

el valor de kVA/usuario. Por lo tanto, el dato de 1.0 kVA/usuario obtenido (del numeral 2)

empíricamente para un usuario estrato 4 será el valor máximo y deberá ir disminuyendo de manera

exponencial según aumente el número de usuarios.

De esta forma, si se compara los kVA/usuario asignados por Codensa y EPM para 1 usuario se tiene:

TABLA 37. COMPARACIÓN KVA/USUARIO PARA UN (1) USUARIO

FACTOR DE DIVERSIDAD PARA:

(estrato 4 con gas)

1 USUARIO

(kVA/usuario)

CODENSA 3.3*

EPM 6.8

RESULTADO

EMPÍRICO 1.0

*La tabla de Codensa no contempla factor para un único usuario, se usa el mínimo encontrado (3 usuarios)

De la anterior tabla se puede leer que existe una muy alta diferencia entre los valores usados para

diversificar un solo usuario por parte de los operadores de red y el resultado obtenido a partir del

análisis de un solo apartamento estrato 4.

Tal diferencia puede existir por varios motivos. Uno de ellos es que los operadores quieran tener una

holgura de potencia con el fin de ofrecer un servicio que garantice una cierta libertad y flexibilidad en

el uso de aparatos eléctricos al propietario del apartamento. Otro motivo que justifique la diferencia

mostrada es que el apartamento de estudio haya tenido consumos que no exigieran al máximo su

instalación eléctrica.

En cualquier caso, la diferencia es lo suficientemente grande para plantear la pregunta: ¿Son los

factores de diversificación usados por los operadores de red ajustados a la realidad, o están sobre

estimando consumos para las viviendas?

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El ejercicio planteado nace desde la observación y la experiencia laboral en el diseño de instalaciones

eléctricas para proyectos de vivienda, en donde el problema planteado en el presente documento

resulta ser una duda constante. Saber si un diseño eléctrico está ajustado a los parámetros económico

y técnico de la mejor manera posible, es lo que permite tener mejores criterios de diseño.

Para el caso de observación de esta investigación, es posible concluir que los valores que actualmente

se asignan a la diversificación de carga cuentan con factores de seguridad dentro de su modelo

matemático de cálculo, los cuales permiten tener diseños que no van a sufrir a posteriori en cuanto a

su rendimiento de potencia. Sin embargo, no existe un criterio unificado dentro de la reglamentación

eléctrica colombiana respecto a este proceder. Al tener varias metodologías y formas de diversificar la

potencia demandada (tantas como operadores de red, según lo permite la norma [4]), los criterios de

diseño también varían, lo cual puede ir en detrimento de la forma en que los diseñadores abordan

diferentes proyectos. Al comparar los factores dados por los dos operadores de red más grandes del

país, se tienen variaciones que llaman la atención por su magnitud, lo que permite inferir que los

modelos mediante los cuales estas compañías obtienen sus factores de diversidad, también son

diferentes. Es claro que la forma en la que distintos grupos de personas no corresponde al análisis de

datos concretos, por el contrario, este comportamiento se puede estudiar como variables aleatorias,

por lo que tener una diversidad de formas de abordar esos comportamientos, hace que no se tenga

claridad sobre cuál es el criterio más acertado.

Las condiciones de uso de las viviendas, en particular las correspondientes a las de estrato 4, también

responden a una aleatoriedad difícil de predecir. Sin embargo, tal como se reflejó en el ejercicio

práctico del presente documento, es posible intentar acercarse a un valor pico típico de consumo, que

permita deducir los momentos de mayor estrés que tendrá que soportar una instalación eléctrica. En

este documento se propuso una aproximación a tal valor a partir del análisis de una única vivienda,

teniendo como base informativa el recibo de servicio eléctrico. Este ejercicio mostró que hay una gran

diferencia entre el cálculo de kVA/usuario teórico resultante de los factores de diversidad aplicados y

el consumo real de una vivienda. Si bien la carga demandada siempre será inferior a la carga instalada,

el análisis realizado en esta investigación muestra que podría existir un sobredimensionamiento de las

instalaciones eléctricas para el caso de estudio. Se sugiere que, como complemento a la presente

investigación, y con base en registros de carga y análisis estadístico se pueda determinar un modelo

que permita representar el uso de la carga en todo tipo de usuario, y a partir del mismo, la obtención

de factores de diversidad acordes al real comportamiento de cada grupo de usurarios teniendo en

cuenta todas las variables que intervienen.

Según lo obtenido de la presente investigación, se puede concluir que los valores de diversificación

teóricos que se usan actualmente están por encima de la realidad y son susceptibles a ser modificados,

esto con el fin de tener instalaciones eléctricas eficientes, sin que esto implique un sobrecosto en su

ejecución.

Al reducir los valores de diversificación, el dimensionamiento de equipos, cableado, canalizaciones, y

demás elementos propios de una instalación eléctrica para un proyecto de vivienda multifamiliar se

verán afectados directamente, impactando de igual manera el presupuesto del proyecto. En este

documento se realizó un breve ejercicio a partir de el análisis de diversificación de un mismo escenario

a partir de diferentes metodologías con el fin de conocer el transformador que satisface las

necesidades del proyecto según cada técnica. Únicamente, teniendo en cuenta el transformador del

proyecto, se ve un impacto al realizar la diversificación y el dimensionamiento con lo establecido por

los dos operadores de red más grandes de Colombia. Esto permite concluir que, si se tiene en cuenta

el presupuesto general de un proyecto de instalaciones eléctricas, el impacto en el ahorro podrá ser

muy significativo.

Como comentarios adicionales a los objetivos originalmente marcados en el proyecto, es importante

resaltar la importancia de definir un modelo (o al menos conocer los actuales), con el fin de estimar el

comportamiento para grupos de usuarios de más de 100 personas. Actualmente, las constructoras de

vivienda desarrollan proyectos tipo urbanismos de alta densidad, para viviendas de interés social, en

donde se llegan a encontrar en un área reducida entre 400 y 800 unidades de vivienda. Teniendo en

cuenta que a lo largo del desarrollo de la presente investigación se pudo observar que estos factores

podrían llegar a estar por encima de la realidad, esto para un ejercicio de 48 usuario y otro para 120

usuarios, el impacto en un proyecto de tantas unidades de vivienda puede ser dramáticamente mayor.

Hoy por hoy, CODENSA no maneja un valor de diversidad para más de 100 usuario y simplemente

establece a los diseñadores aplicar el mismo factor (kVA/usuario) para 800 unidades de vivienda que

para 100, lo cual, a las claras, no puede ser una buena práctica. EPM también plantea el uso del mismo

coeficiente (kVA/usuario) para más de 100 usuarios. Si se analiza la gráfica ofrecida por CODENSA, la

cual modela el comportamiento del factor (kVA/usuario) respecto de la cantidad de usuarios, se ve

que cercano a lo 90 usuarios el comportamiento del factor tiende a ser constante y tal vez es esa la

justificación de estos operadores para tener tal criterio de diversificación. Sin embargo, al no tener

claro el modelo usado para obtener tal patrón, no es posible asegurar que dicha práctica es correcta.

Otro factor importante para replantear los factores usados actualmente es el cambio tecnológico de

los últimos años. El comportamiento de las cargas a día de hoy no es el mismo que hace 10 años (fecha

de la última actualización de las tablas de diversificación de CODENSA), y es casi diametralmente

diferente a hace 20 años (última modificación de la NTC 2050). La actualidad presenta cargas mucho

más eficientes, con consumos de energía muy reducidos comparados con los de hace un tiempo, como

en el caso de las luminarias LED, los electrodomésticos, ascensores, entre otros. Pretender tratar estas

cargas igual que hace una década no representa un criterio de diseño correcto.

Como conclusión final, a través del desarrollo del presente caso de análisis, es posible manifestar que

los valores teóricos usados en las diferentes metodologías de diseño, no corresponden al

comportamiento de consumo eléctrico de los usuarios. En la práctica, tanto por las conductas y

costumbres de los usuarios como por las ya mencionadas condiciones de evolución de las tecnologías

de los diferentes aparatos y dispositivos dentro de los hogares, las unidades de vivienda tienen

escenarios de consumo menor al establecido. Esto a su vez plantea por extensión la necesidad de una

modificación normativa que incluya estas condiciones. Por otra parte, todo el análisis realizado está

basados en datos tomados para la ciudad de Bogotá. El comportamiento de los usuarios del mismo

estrato ubicados en ciudades a diferentes alturas sobre el nivel del mar será diferente. Tal condición

tampoco se referencia dentro de la noma colombiana. Si bien existen varios operadores de red en las

diferentes regiones, sus correspondientes documentos técnicos no establecen cambios en la

metodología en función de esta situación. Tal es el caso de Codensa, la cual tiene una única

metodología de diversificación que se emplea de igual forma tanto en Bogotá como en Girardot, donde

claramente no se tendrán los mismos comportamientos ni necesidades. Todo esto refuerza la

conclusión de la necesidad de tener un nuevo marco normativo unificado basado en un modelo

estándar, que abarque todos los grupos de usuarios que puedan llegar a caracterizarse.

Por todas estas razones, el presente documento propone: la modificación de la normativa actual, el

establecimiento de un modelo matemático que permita tener nuevos valores que sirvan como factores

de diversificación, la revisión de las metodologías de los operadores de red para el dimensionamiento

de transformadores y redes de baja tensión, y finalmente el estudio y desarrollo de este caso en

grandes grupos de usuario (más de 100), toda vez que los planes de desarrollo están contemplando la

densificación de la vivienda al punto de llegar a tener proyectos de más de 1000 usuarios, lo cual como

se mencionó, no ha sido claramente desarrollado en las metodologías actuales.

REFERENCIAS

[1] Robles, A. B, (2007) Metodología para el cálculo de factores de simultaneidad y demanda.

[2] Comisión reguladora de energía y gas.

[3] Régimen de los servicios públicos domiciliarios. N° 142, 1994.

[4] Código eléctrico colombiano. NTC 2050, 1998.

[5] Carga máxima para el sector residencial. Anexo 2 de CODENSA S.A. ESP

[6] Norma RA8-009. Empresa de servicios públicos de Medellín EPM ESP. [7] Hernández, H. K, Carrillo, C. J. (2017) Análisis de la curva de demanda eléctrica para usuarios residenciales estrato 4 en la ciudad de Bogotá ante diferentes escenarios de los hábitos de consumo.

[8] Electrotecnia. Tensiones y frecuencia nominales en sistemas de energía eléctrica en redes de

servicio público. NTC 1340, 2004.

[9] Lista de precios transformadores de distribución monofásicos y bifásicos 15kV ABB, abril 2019.

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