Você só precisa de um substituto se a) o tempo estiver abaixo do mínimo que você mencionou, ou b) o seu destino não tiver uma abordagem por instrumentos. Em ambos 91.167 (requisitos de combustível IFR) e 91.169 (requisitos do plano de voo IFR), por exemplo:
§91.167 Fuel requirements for flight in IFR conditions.
(a) No person may operate a civil aircraft in IFR conditions unless it carries enough fuel (considering weather reports and forecasts and weather conditions) to—
[...]
(2) Except as provided in paragraph (b) of this section, fly from that airport to the alternate airport; and
[...]
(b) Paragraph (a)(2) of this section does not apply if:
[...]
(2) Appropriate weather reports or weather forecasts, or a combination of them, indicate the following:
(i) For aircraft other than helicopters. For at least 1 hour before and for 1 hour after the estimated time of arrival, the ceiling will be at least 2,000 feet above the airport elevation and the visibility will be at least 3 statute miles.
Quanto a como calcular a necessidade de combustível para o seu substituto, eu planejo apenas uma rota direta (ou o que você precisa para evitar o espaço aéreo restrito, etc.) e calculo sua necessidade regular de combustível de cruzeiro. Eu não vejo nenhum ponto em tentar antecipar em detalhes o que aconteceria se você realmente tivesse que desviar, porque você não pode saber disso de qualquer maneira.
A Revista IFR tem um artigo interessante sobre como planejar alternativas que possam ajudá-lo com alguns detalhes práticos.