Cuadro de cargas eléctricas: cálculo y ejemplo completo

Diseño de tableros · cargas, fases y alimentadores

Un cuadro de cargas eléctricas organiza los circuitos de un tablero y permite comprobar la corriente por fase, el alimentador, las protecciones, los conductores y la caída de tensión. Para que sea útil en ingeniería, cada resultado debe poder rastrearse hasta una carga, una condición de funcionamiento y un criterio de cálculo.

Esta guía desarrolla un tablero trifásico de siete circuitos y 17,7 kVA: desde los datos de entrada hasta una selección térmica preliminar. Incluye balance de fases, neutro, continuidad, caída de tensión y correspondencia con el unifilar. Las ecuaciones eléctricas son generales; las selecciones en AWG se presentan como un ejemplo bajo NEC 2023, sujeto a la edición y reglamentación adoptadas en cada proyecto.

Qué es un cuadro de cargas eléctricas y qué debe entregar

Es el documento que describe las cargas conectadas a un tablero, su distribución entre circuitos y fases, y los elementos seleccionados para alimentarlas. También se conoce como cuadro de distribución de cargas, planilla de cargas o panel schedule. Su nivel de detalle depende de la etapa del proyecto: un estudio preliminar puede agrupar cargas; un cuadro emitido para construcción debe identificar circuitos, destinos y especificaciones verificables.

Su lectura debe resolver cuatro cuestiones: qué se alimenta, cuánto exige a cada conductor activo, qué dispositivo lo protege y bajo qué condiciones se ha dimensionado. Sumar potencias es solo el primer paso. El mismo total de kVA puede producir corrientes máximas de fase diferentes si cambia el reparto de cargas monofásicas.

El cuadro se coordina con la memoria, los planos y el unifilar. La memoria desarrolla hipótesis y comprobaciones; el unifilar muestra la topología y los dispositivos; el cuadro concentra los resultados por circuito. Usa los mismos identificadores en los tres documentos, por ejemplo TD-01 / C1.

Qué campos debe contener un cuadro de cargas profesional

No es necesario comprimir toda la memoria en una tabla ilegible. Puedes separar el cuadro de cargas, el cuadro de conductores y la lista de protecciones, siempre que conserven la misma clave de circuito y revisión.

Ampliar figura 1 para examinar los detalles

Así se presenta el cuadro en EA Proyectos

En esta captura puedes identificar las columnas que acabamos de revisar: datos de conexión, corrientes, protección, conductores y caída de tensión. Amplía la imagen para leer la tabla y abre el módulo para explorar la demostración.

Ampliar captura de EA Proyectos

Ver el cuadro dentro de EA Proyectos →

Cómo calcular la potencia y la corriente de cada circuito

1. Distingue potencia eléctrica de entrada y potencia útil

Para una carga cuya potencia eléctrica activa de entrada sea P, la potencia aparente es S = P / FP. Si el dato disponible corresponde a la potencia mecánica útil de un motor, la estimación energética utiliza S = P_útil / (η × FP). No dividas otra vez entre el rendimiento cuando la potencia suministrada ya sea eléctrica de entrada.

En equipos con electrónica, el factor de potencia verdadero puede diferir del coseno del ángulo de desplazamiento. Si utilizas VA de placa o corriente RMS de entrada, registra esa procedencia. Para dimensionar circuitos de motores, climatización o equipos con valores MCA/MOCP, aplica el procedimiento específico correspondiente; una conversión de kW a amperios no sustituye esas reglas.

2. Utiliza la tensión que realmente ve la carga

En un sistema nominal 220/127 V, una carga de 1 800 VA conectada a fase y neutro exige 1 800 / 127 = 14,17 A. Si se divide erróneamente entre 220 V, se obtiene 8,18 A y se subestima la corriente del circuito.

3. Cuando los factores de potencia difieren, suma P y Q

Para cargas sinusoidales con distintos ángulos, la suma de magnitudes de VA no equivale necesariamente a la magnitud de la potencia compleja total. Por fase, calcula P y Q, conserva el signo de Q para cargas inductivas o capacitivas y obtiene:

Con cargas no lineales, caracteriza también la distorsión: las relaciones sinusoidales P–Q–S y el balance de la fundamental no describen por completo el calentamiento RMS ni la corriente del neutro.

Demanda, continuidad y reserva: cómo aplicar cada criterio

La potencia instalada representa las cargas inventariadas. La demanda responde al método permitido para estimar la carga simultánea en el punto estudiado. La continuidad interviene en determinadas reglas de dimensionamiento térmico. La reserva es capacidad prevista para ampliaciones. Registra cada concepto por separado.

En el marco NEC, una carga continua es aquella cuya corriente máxima se prevé durante tres horas o más. Para el caso ordinario de dispositivos y conjuntos que no se aplican al 100 % de su corriente nominal en servicio continuo, la referencia de dimensionamiento es:

Esta magnitud no significa que la carga consuma 25 % más. Tampoco permite reducir una carga conocida a 80 %: el 80 % asociado al uso continuo de determinados interruptores responde a la misma relación térmica, no a un factor de demanda. Las condiciones de aplicación de conjuntos al 100 % deben comprobarse en su listado e instrucciones [1].

Si un valor normativo de carga o un dato de equipo ya incorpora el tratamiento exigido, documenta su alcance antes de multiplicarlo de nuevo. En tableros con motores, equipos no coincidentes, generación de respaldo o gestión de cargas, desarrolla el método específico y cada escenario de funcionamiento.

Ejemplo completo: cuadro de cargas trifásico de 17,7 kVA

Datos y límites del caso

Se proyecta el tablero TD-01, alimentado por una red en estrella de cuatro hilos, nominal 220/127 V y 60 Hz. Para evitar discrepancias de redondeo se toma V_LN = 127 V y se calcula V_LL = √3 × 127 = 219,970 V, identificado nominalmente como 220 V.

• Todas las cargas se modelan sinusoidales, con FP = 0,90 inductivo común. Es una hipótesis didáctica; no caracteriza automáticamente luminarias LED, computadoras ni variadores reales.
• C1, C2 y C3 son continuas. Las demás son no continuas y pueden operar simultáneamente.
• Se adopta 100 % de demanda en todos los circuitos. No se aplica diversidad ni reserva adicional.
• C7 es un equipo trifásico lineal equilibrado. No representa un motor ni un equipo de climatización sujeto a reglas específicas.
• Las longitudes son de ida, desde el tablero hasta el extremo del circuito. Su distribución espacial se verifica aparte.

Los valores de I_dim se calculan con la corriente sin redondear. Por ejemplo, C2 resulta 1 600 / 127 × 1,25 = 15,7480 A: se muestra 15,75 A a dos decimales o 15,7 A a uno. Redondear primero a 15,75 y después a 15,8 introduce doble redondeo.

Potencia total

La suma de VA es válida en este ejemplo por el factor de potencia común. La potencia trifásica de C7 aparece una sola vez en el total; para el balance se reparte en 2 200 VA por fase.

Balance de fases: cómo calcular el alimentador

Se asignan C1 y C4 a A; C2 y C5 a B; C3 y C6 a C. C7 contribuye por igual a las tres fases. El resumen conserva dos resultados distintos: corriente de operación y corriente equivalente para el dimensionamiento térmico adoptado.

Para la fase A, por ejemplo:

La fase crítica es A. Un interruptor general nominal de 50 A queda por debajo de 50,79 A; se estudiará un candidato comercial de 60 A dentro del marco del ejemplo. Esto requiere comprobar además el conductor, el tablero, la corriente de falla y el dispositivo concreto.

Ampliar figura 2 para examinar los detalles

Por qué no basta con dividir los kVA totales entre √3 × V

La expresión trifásica equilibrada daría aproximadamente 46,46 A de operación media usando la tensión coherente del caso. Oculta que las fases A y B llevan 47,24 A. Tampoco se debe sumar la corriente nominal de todos los interruptores de salida para elegir el general: esos valores representan capacidades de dispositivos, no la demanda simultánea del tablero.

Cómo describir el desequilibrio sin inventar un límite universal

Para comparar distribuciones, puede definirse el indicador máxima desviación respecto del promedio / promedio × 100, aplicado aquí a las magnitudes de corriente de operación. Con I_prom = 46,4567 A se obtiene 3,39 %. Esta definición debe acompañar al resultado.

No es automáticamente un límite reglamentario ni equivale al desequilibrio de tensión por componentes de secuencia o a otro índice utilizado por fabricantes. Revisa también el comportamiento por horario: un reparto equilibrado a plena carga puede dejar de estarlo cuando se apagan zonas completas.

Corriente del neutro: balance fundamental y armónicos

En la hipótesis sinusoidal del ejemplo, la corriente del neutro es la magnitud de la suma fasorial de las tres corrientes de fase. Con el mismo ángulo de factor de potencia y separación de 120° entre fases:

Este resultado corresponde al escenario con las siete cargas operando, no al máximo posible en todos los estados. Si varias cargas se desconectan, cambia el desequilibrio. Además, los armónicos triples de secuencia cero pueden acumularse en el neutro: un tercer armónico equilibrado de 3 A en cada fase produce 9 A de tercer armónico en el neutro [2].

Ampliar figura 3 para examinar los detalles

Para órdenes armónicos distintos, el RMS total se obtiene combinando cuadráticamente sus componentes. El cálculo de este ejemplo contempla únicamente la fundamental bajo FP común. El valor de 2,36 A no justifica reducir el neutro: en la propuesta preliminar se conserva el mismo calibre de las fases y se deja la comprobación de escenarios y armónicos documentada.

También debe decidirse cuándo el neutro cuenta como conductor portador de corriente para los ajustes térmicos. Un neutro que transporta únicamente el desequilibrio de cargas lineales no se trata igual que uno sometido a corrientes armónicas relevantes. Aplica la regla de la norma elegida a la composición real del tablero.

Selección de conductores y protecciones del cuadro

Hipótesis de la selección térmica preliminar

Para mostrar el procedimiento se adopta NEC 2023, conductores de cobre con aislamiento apropiado al ambiente, temperatura ambiente de 30 °C, no más de tres conductores portadores de corriente por canalización y ausencia de otros factores de corrección. En el alimentador se especifican terminales identificados para 75 °C. Las ramas del ejemplo se consideran sin agrupamiento entre sí.

La ampacidad se comprueba con la temperatura de terminales y las correcciones aplicables. En el procedimiento de circuitos derivados, distingue el requisito por carga continua/no continua del requisito de ampacidad después de ajustes y correcciones; no conviertas todo caso en una única división automática por factores [3]. Consulta la guía de ampacidad y selección de conductores para desarrollar esa comprobación.

Para 12 AWG Cu, no se utiliza sin más el valor de una columna de mayor temperatura para instalar una protección de 25 o 30 A: en el caso general deben respetarse las limitaciones para conductores pequeños de NEC 240.4(D), salvo aplicaciones específicamente permitidas. El 6 AWG Cu presenta una ampacidad base de 65 A a 75 °C bajo las condiciones de referencia [4]; esta es la base de la candidatura del alimentador de 60 A.

El EGC se relaciona con el dispositivo de sobrecorriente según el método NEC aplicable, no con la corriente calculada del neutro. En este caso, la referencia base de la Tabla 250.122 conduce a 12 AWG Cu para 20 A y 10 AWG Cu para 60 A. Si aumentan las fases, revisa el efecto sobre el EGC conforme a la edición utilizada; el análisis del Artículo 250 desarrolla esa coordinación.

Comprobaciones que todavía faltan para cerrar la selección

• Caída de tensión: circuito, alimentador y recorrido acumulado hasta la carga más desfavorable.
• Corriente de cortocircuito: capacidad de interrupción a la tensión de servicio, capacidad del conjunto y condiciones de aplicación.
• Despeje y coordinación: curvas, ajustes, corriente mínima de falla, protección de conductores y continuidad de servicio requerida.
• Características de uso: protecciones diferenciales u otras exigidas, arranque/inrush, ubicación, temperatura, agrupamiento y compatibilidad con terminales.

El valor de 60 A no define los kA de interrupción. Esa segunda magnitud necesita datos de la fuente y de las impedancias. Desarrolla el cálculo con la calculadora de cortocircuito y capacidad de interrupción. En el cuadro deja el campo pendiente hasta disponer del resultado; no copies un valor de kA de otro proyecto.

Caída de tensión: carga al extremo y carga distribuida

La longitud por sí sola no describe el circuito. Si todas las cargas están al final, el tramo completo transporta la corriente total. Si existen derivaciones, cada tramo transporta la suma de las cargas que quedan aguas abajo. Calcula con esa distribución real.

Para ilustrarlo se utiliza C1, con I = 14,1732 A, 32 m de ida y FP = 0,90. Se adoptan únicamente para la comparación R′ = 6,60 Ω/km y X′ = 0,08 Ω/km por conductor, iguales en fase y neutro. Son datos hipotéticos declarados; no se presentan como impedancias certificadas del calibre candidato.

La expresión corresponde al circuito monofásico de ida y retorno; las ecuaciones trifásicas y sus tensiones de referencia son diferentes [5]. Se ha usado la corriente de operación del caso, sin multiplicarla automáticamente por 1,25: la condición de evaluación de tensión debe declararse por separado.

Ampliar figura 4 para examinar los detalles

Si los mismos 1 800 VA se distribuyeran uniformemente de forma continua a lo largo de los 32 m, la aproximación de primer orden equivale a utilizar L/2: 2,71 V y 2,13 %. Para luminarias discretas se calcula tramo a tramo; no se reemplaza la longitud por la mitad sin comprobar la ubicación de las derivaciones.

El ejemplo muestra por qué un conductor inicialmente aceptable por ampacidad puede requerir mayor sección. Comprueba el límite adoptado y la caída acumulada; no conviertas 3 % o 5 % en una obligación universal para todos los países y aplicaciones. Para varias derivaciones usa el módulo de caída de tensión con cargas distribuidas; para criterios de aceptación consulta la guía de máxima caída de tensión.

Del cuadro al unifilar: fases, polos y posiciones

El unifilar debe conservar los identificadores C1–C7, las conexiones, las protecciones y la relación entre TD-01 y su alimentación. En el esquema siguiente se representan las candidaturas térmicas anteriores; sus campos pendientes siguen abiertos.

Ampliar figura 5 para examinar los detalles

Cómo muestra EA Proyectos la relación entre tableros

La siguiente captura muestra otro proyecto: la demostración del módulo con un tablero general y dos subtableros. Permite reconocer cómo se presentan la jerarquía, los alimentadores y los resultados junto a cada tablero.

Ampliar captura de EA Proyectos

Explorar el cuadro y su unifilar →

Hay siete circuitos, pero las salidas ocupan nueve polos: seis interruptores monopolares y uno tripolar. El número de espacios físicos, la secuencia de fases y las combinaciones permitidas dependen del tablero y del fabricante. No traduzcas automáticamente “C1 en fase A” a un número de posición sin comprobar el montaje real.

La reserva física tampoco garantiza reserva eléctrica. Un tablero con espacios libres puede estar limitado por barras, alimentador, general o fuente. Cuando exista reserva para cargas futuras, incorpora su hipótesis al escenario de diseño y diferencia esa carga prevista de los circuitos actualmente instalados.

Para presentación y coherencia documental, continúa con la guía de diagrama unifilar eléctrico.

Cómo adaptar el cuadro a proyectos internacionales

Las relaciones eléctricas se mantienen, pero los métodos de demanda, las ampacidades, la protección y la documentación dependen del marco aplicable. El encabezado debe identificar el código, la edición, las disposiciones locales y las condiciones exigidas por el suministro.

Convertir el área de AWG a mm² es una conversión geométrica; no certifica equivalencia de ampacidad. De igual manera, las denominaciones y ensayos de capacidad de interrupción deben corresponder al estándar del dispositivo elegido. Mantén un solo marco coherente para cada comprobación.

Crea tu cuadro de cargas en EA Proyectos

Para aplicar el procedimiento a tu instalación, organiza las cargas reales por tablero y circuito en EA Proyectos. El módulo reúne el cuadro de cargas, el unifilar y la documentación del proyecto, de modo que puedas revisar los resultados dentro del mismo flujo de diseño.

1. Define la alimentación: identifica el tablero, la tensión y las condiciones del proyecto.
2. Introduce las cargas por circuito: utiliza los datos de tus equipos y comprueba conexión, fases, continuidad y longitudes.
3. Revisa cuadro y unifilar: contrasta los resultados con las hipótesis de diseño y completa las verificaciones específicas con las calculadoras correspondientes.

El ejemplo de esta guía permite entender y contrastar el procedimiento. Para elaborar el cuadro de tu proyecto y preparar sus entregables, continúa en el módulo.

Completa las comprobaciones con las calculadoras de ElectricAplicada

Si el alcance es una vivienda, revisa también el cálculo de cargas de la acometida residencial: sus métodos de demanda no se sustituyen por el caso de siete cargas conocidas desarrollado aquí. Para entregables y funciones disponibles, consulta los planes de ElectricAplicada.

Errores que debes detectar antes de emitir el cuadro

Al cerrar la revisión, cada campo pendiente debe quedar resuelto o identificado con su condición de validez. En instalaciones existentes, contrasta el inventario con placas y mediciones representativas; una lectura instantánea de corriente no establece por sí sola la demanda máxima de funcionamiento.

Preguntas frecuentes sobre cuadros de cargas

Referencias y alcance del ejemplo