Para la realización del presente cálculo se tuvo en cuenta la última edición del Reglamento de la AEA. la AEA. (1992) (1992)
1.- Superficie: Se Se toma toma como como base una unidad habitacional de hasta 150m2 (ver plano de figuras 1 y 2).
2.- Demanda: La demanda máxima simultánea es no mayor de 6000VA. 3.- Número de circuitos: Según el punto el punto 2.5.3 del reglamento, siendo una instalación de electrificación media, será como mínimo: • Un circuito Un circuito para bocas de alumbrado. de alumbrado. • Un circuito para toma corriente. toma corriente. • Un circuito para usos especiales.
4.- Número mínimo de puntos de utilización de utilización o bocas para alumbrado y tomacorrientes: 4.1- Sala de estar y comedor: Una boca de tomacorriente de tomacorriente por cada 6 metros cuadrados de superficie. Una boca de alumbrado por cada 20 metros cuadrados de superficie. 4.2- Dormitorio: Tres bocas de tomacorrientes. Una boca de alumbrado. 4.3- Cocina: Tres bocas de tomacorrientes. Dos bocas de alumbrado. Nota: Si se prevee artefactos de ubicación fija (extractores, etc.) se instalar se instalará á un tomacorriente para cada uno de ellos. 4.4- Baño: Una boca de alumbrado. Una boca de tomacorriente. 4.5- Vestíbulo: Una boca de alumbrado. Una boca de tomacorriente por cada 12 metros cuadrados. 4.6- Pasillos: Una boca de alumbrado. Una boca de tomacorriente por cada 5 metros de longitud.
5.- Determinación de la carga la carga o potencia consumida (punto 2.5.4 del reglamento). 5.1-Cálculo por unidad de vivienda:
Circuito de alumbrado Nº de bocas = 13 66% x 125VA x Nº bocas = = 0,66 x 125 x 13 = 1072,50VA Tomacorrientes 2200VA x toma = 2200VA
Usos especiales: 2750VA x 1 = 2750VA
Total: 6022VA
Nota: Si la instalación la instalación eléctrica abarca a 10 unidades 10 unidades de las dimensiones indicadas en el plano, deberíamos tomar en cuenta para la carga total consumida un coeficiente para tomar en cuenta el factor el factor de de simultaneidad simultaneidad del del consumo, consumo, que que en la tabla la tabla I (tabla 2 del reglamento) vale 0,8 para un número de viviendas de viviendas comprendido entre 5 y 15 (punto 2.54.2 del reglamento).
Tabla I: Factores I: Factores de simultaneidad del consumo Número de viviendas 2a4 5 a 15 16 a 25 > 25
Coeficientes de simultaneidad Electrificación mínima y media
Electrificación elevada
1 0,8 0,6 0,5
0,8 0,7 0,5 0,4
5.2- La caída de tensión entre el origen de la instalación (acometida) y cualquier punto de la utilización no debe superar: Para alumbrado Para fuerza Para fuerza motriz motriz
= 3% = 5% a corriente normal = 15% con corriente de arranque
Nota: Se calcula tomando en cuenta el consumo de todos los aparatos conectados simultáneamente.
Usos especiales: 2750VA x 1 = 2750VA
Total: 6022VA
Nota: Si la instalación la instalación eléctrica abarca a 10 unidades 10 unidades de las dimensiones indicadas en el plano, deberíamos tomar en cuenta para la carga total consumida un coeficiente para tomar en cuenta el factor el factor de de simultaneidad simultaneidad del del consumo, consumo, que que en la tabla la tabla I (tabla 2 del reglamento) vale 0,8 para un número de viviendas de viviendas comprendido entre 5 y 15 (punto 2.54.2 del reglamento).
Tabla I: Factores I: Factores de simultaneidad del consumo Número de viviendas 2a4 5 a 15 16 a 25 > 25
Coeficientes de simultaneidad Electrificación mínima y media
Electrificación elevada
1 0,8 0,6 0,5
0,8 0,7 0,5 0,4
5.2- La caída de tensión entre el origen de la instalación (acometida) y cualquier punto de la utilización no debe superar: Para alumbrado Para fuerza Para fuerza motriz motriz
= 3% = 5% a corriente normal = 15% con corriente de arranque
Nota: Se calcula tomando en cuenta el consumo de todos los aparatos conectados simultáneamente.
Fig. 1 Departamento de tres ambientes
Fig. 1 Departamento de cuatro ambientes
6.- Determinación de la sección la sección de los conductores y las protecciones previstas para la instalación y para las personas y susbienes su sbienes (punto 2.3 del reglamento) 6.1- Cálculo de la corriente de proyecto (Ip)
Ip=
Carga o potencia consumida ____________ ______ ____________ ________ __ Tensión de servicio
6022VA ____________ ______ ____________ ________ __ =
= 27,37
A
220VA
Nota: Considerando el incremento de consumo por aparatos como microondas y aire acondicionado de uso cada vez más frecuente en las casas las casas-habitación, -habitación, tomamos como carga general In’ = 40A. Fig. 2. 6.2.a- La sección del conductor del conductor de los distintos circuitos con consumos de 2200VA en algún tomacorriente y 2750VA en el circuito especial (micro-ondas o similar) será de 2,5mm2, ya que esta sección cubre hasta 16 amper 16 amper según los fabricantes de cables de cables (sin envoltura de protección, tabla 5.1 del reglamento). 6.2.b- Respecto a las termomagnéticas de cada circuito, pueden usarse de 10A en los circuitos normales y de 15A en los especiales, con lo cual actuarán en caso
de sobrecargas del 45%, no comprometiendo la temperatura de la aislación del conductor (ver los circuitos de departamentos de 3 y 4 ambientes como guía de referencia). 6.2.c- Respecto de la termomagnética del tablero principal (ubicado en el subsuelo) será de una intensidad nominal de 40A, con valores de sobrecorrientes de larga duración de 1,45 In para actuar y de 5 a 10 veces la In en el caso de cortocircuitos de aparatos o similares (igual para el punto 6.2.b). 6.2.d- Respecto de la corriente de cortocircuito (Icc) que se prevee debe abrir el interruptor principal y no será menor de 3000A (igual para el punto 6.2.b). Nota: Si la cercanía de un transformador de la compañía suministradora al tablero principal hace que la impedancia de cortocircuito sea baja, se deben preveer interruptores termomagnéticos de Icc = 6000A = 6KA 6.2.e- En base a la fórmula de disipación de calor de un cable en el momento del cortocircuito sin que se afecte su aislación y tomando en cuenta la apertura del mismo en medio ciclo (10ms), o sea termomagnéticos que abren por el pasaje de cero de la onda de corriente:
Para Icc (de cortocircuito) = 3000A t = 10ms = 10-2s K = coeficiente térmico del cobre aislado en PVC = 114
Lo cual indica que las secciones de 2,5mm2 son las correctas.
7.- Selectividad de las protecciones Siendo que los circuitos C2 y C3 pueden ser afectados por cortocircuitos en aparatos a ellos conectados y también por fugas de corriente a tierra, a fin de evitar que toda la instalación quede sin tensión se protege a estos dos circuitos con diferencialde 30mA, 20A y 30ms y al principal por 300mA, 40A y 100ms.
Nota: La selectividad se logra por valor de corriente de disparo que es lo que declaran los fabricantes.
8.- Instalación de puesta a tierra (punto 3.2.3 del reglamento)
8.1- La puesta a tierra debe hacerse próxima al tablero principal y con valor de 10 a 5 ohms preferiblemente. Ello se logra con una jabalina de acero-cobre de ø16mm y 1,5m de altura en la tierra, conectándose al tablero principal con un cable de 10mm2 (en nuestro caso). 8.2- El conductor de tierra (verde-amarillo de 4mm2) debe tenderse desde el tablero principal al tablero de la vivienda (seccional) y desde allí a los diferentes circuitos con cable de 2,5mm2 hasta los tomacorrientes.
Nota: De esta manera y así solamente se garantiza que en el caso de defecto de la aislación de los aparatos de clase I (con carcasa metálica, por ejemplo: lavarropas, heladera, frezzer, etc.), la descarga eléctrica circulará a través del conductor de protección de puesta a tierra y accionará el interruptor diferencial, abriendo el circuito. En el caso de estar sólo el interruptor diferencial, la corriente de falla por defecto de aislación circula a través de la persona, con efectos muy dolorosos en el caso de pisos mojados y pies desnudos.
NOTA: Consultar las prácticas conformes que el Instituto de Habilitación y Acreditación a establecido a partir del 10/97 que fijan criterios más amplios para Instalaciones y materiales especiales.
Como hallar los valores de Resistencia, Intensidad y Voltaje mediante la ley de OHM. Tema: ley de ohm |
HALLAR EL VALOR EN ohm DE UNA resistencia
Por ejemplo, si queremos calcular la resistencia “R” en ohm de una carga conectada a un circuito que tiene aplicada una tensión o voltaje “v” de 1,5 volt y por el cual circula un flujo de corriente de 500 miliampere (mA) de intensidad, lo podemos hacer de la siguiente forma:
Tapamos “R”, que representa el valor de la incógnita que queremos despejar, en este caso la resistencia “R” en ohm, y nos queda:
Es decir, el valor de la tensión o voltaje “V”, dividido por el valor de la corriente “A” en ampere. El resultado será el valor de la resistencia “R” que deseamos hallar. En el caso de este ejemplo específico tenemos que el valor de la tensión que proporciona la fuente de fuerzaelectromotriz (FEM), o sea, la batería, es de 1,5 volt, mientras que la Intensidad de la corriente que fluye por el circuito eléctrico cerrado es de 500 miliampere (mA). Pero antes de poder realizar correctamente esa simple operación matemática de división, será necesario convertir primero los 500 miliampere en ampere, pues de lo contrario el resultado sería erróneo. Para hacer la conversión dividimos 500 mA entre 1000:
Hecha esta conversión tenemos como resultado que 500 miliampere equivalen a 0,5 ampere, por lo que ya podemos proceder a sustituir los valores para hallar cuántos ohm tiene la resistencia del circuito eléctrico con el que estamos trabajando.
El resultado muestra que el valor de la resistencia “R” conectada al circuito es de 3 ohm.
HALLAR EL VALOR DE INTENSIDAD DE LA CORRIENTE Veamos ahora qué ocurre con la intensidad de la corriente si la resistencia, en lugar de tener 3 ohm, como en el ejemplo anterior, tiene 6 ohm. En este caso la incógnita a despejar sería el valor de la corriente “A”, por tanto tapamos esa letra:
Sustituimos a continuación la “V” por el valor de la tensión de la b atería, es decir, 1,5 V y la “R” por el valor de la resistencia (6 ohm) y efectuamos la operación matemática dividiendo el valor de la tensión o voltaje entre el valor de la resistencia:
En este resultado podemos comprobar que, efectivamente, la resistencia es inversamente proporcional al valor de la corriente, porque al aumentar el valor de “R”, de 3 a 6 ohm, la intensidad “A” de la corriente varió también, disminuyendo su valor de 0, 5 a 0,25 ampere.
HALLAR EL VALOR DE LA TENSIÓN O VOLTAJE Para hallar ahora la tensión o voltaje “V” aplicado a un circuito, conociendo el valor de la intensidad de la corriente en ampere “A” que lo recorre y el valor en ohm de la resistencia “R” del consumidor o carga a éste conectada, podemos seguir el mismo procedimiento tapando ahora la “V”, que será la incógnita a despejar.
Sustituimos los valores de la intensidad de corriente “A” y de la resistencia “R” del e jemplo anterior y tendremos:
El resultado de esa operación de multiplicar será 1,5 V, que es la diferencia de potencial o fuerza electromotriz(FEM), que proporciona la batería conectada en el circuito. Los más entendidos en matemáticas pueden utilizar directamente la fórmula general de la Ley de Ohm realizando los correspondientes despejes para hallar las incognitas. Para hallar el valor de la intensidad “I” se parte de la representación matemática de la fórmula general:
De donde: I – Intensidad de la corriente que recorre el circuito en ampere (A) E – Valor de la tensión, voltaje o fuerza electromotriz en volt (V) R – Valor de la resistencia del consumidor o carga conectado al circuito en ohm. Para hallar la resistencia, despejamos la “R” en la fórmula de la forma siguiente:
Y para hallar la tensión despejamos la fórmula así:
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CUADRO DE CARGAS
El cuadro de cargas ofrece a quien esté interpretando el plano eléctrico, una visión clara amplia y rápida del circuito de la instalación eléctrica de la vivienda. En el se encuentra identificado el número de circuito acompañado de una descripción de el lugar o los lugares a los cuales tiene cobertura. Se indica también el tipo de carga (luminarias, toma general, toma especial) y la cantidad que tiene cada circuito. Con estos datos se puede obtener la potencia instalada en cada circuito, multiplicando la cantidad de cargas por 100 VA en caso de las luminarias o por 180 VA en caso de los tomas generales. El toma especial de la cocina se considera de 3500 VA. Estos datos son consignados en el cuadro de cargas en una columna con encabezado potencia total. En un sistema donde se estén utilizado dos o más faces para alimentar el circuito, las cargas eléctricas entre fases tienen que quedar lo más balanceadas posible, permitiéndose un 5% de desbalance entre fases. Se debe colocar en el cuadro la longitud de la salida más lejana de cada circuito, este dato se obtiene en el plano midiendo el recorrido de los tubos en su parte constructiva (utilizado la ruta más corta posible). Con este dato se calcula la caída de tensión del circuito la cual no debe ser mayor del 5% de la tensión de alimentación. Se debe utilizar la siguiente fórmula para su cálculo:
∆E= caída de tensión en Voltios
r = Resistencia del conductor: conductor
Alambre Alambre Alambre Alambre
AWG AWG AWG AWG
14 12 10 8
resistencia
8.29 5.21 3.28 2.06
Ω/Km. Ω/Km. Ω/Km. Ω/Km.
l= distancia de la salida más lejana del circuito en metros. Para sistemas monofásicos La distancia se considera el doble de la longitud del circuito, la corriente recorre el circuitos por la fase y se retorna por el neutro la misma distancia. 1000 = constante de conversión de unidades, pasa los metros a kilómetros. La caída de tensión no puede ser mayor al 5% de la tensión de alimentación de la instalación. A continuación se muestra el cuadro de cargas, el cual debe estar dentro del plano de la instalación eléctrica de la vivienda.
COMO CALCULAR EL CONSUMO DE ELECTRICIDAD EN EL HOGAR
Generalmente cuando compramos un artículo electrodoméstico, (televisor, refrigerador, lavadora, secadora, etc,), estamos agregando un consumo adicional al diseño original de nuestro circuito eléctrico, lo cual puede generar un sobreconsumo (sobrecarga) que puede redundar en un peligro de incendio producto del recalentamiento de los conductores (cables eléctricos). Para no exponerse a esta situación es recomendable, antes de instalar un artefacto, asegurarse que nuestra instalación tiene la capacidad necesaria para absorber este nuevo elemento.
¿Como
Calcular
el
consumo
del
hogar?
Para calcular en forma eficiente el consumo eléctrico del hogar, debo sumar los consumos individuales de los artefactos a los que estoy sometiendo el circuito y dividirlos por el voltaje. Esto dará como resultado la corriente que estoy consumiendo y a la cual estoy sometiendo el circuito.
Por ejemplo: El televisor tiene un consumo de 50 watts, la
lavadora consume 800 watts, el microhondas 1.200 watts, una secadora 1.800 watts, más 10 ampolletas de 100 watts cada una que equivalen a 1.000 watts. (en los catálogos y en las placas de los artefactos está descrito su consumo) La suma anterior (50 + 800 + 1.200 + 1.800 + 1.000) da un consumo total de 4.850 watts, lo que dividido por el voltaje de la casa (220 voltios) da un consumo de 22 Amperes.
Si Ud tiene un automático en su casa de 15 Amperes y una línea (cable) de 1,5 m.m. está sobrepasado en un 50% el consumo para lo cual está diseñado el circuito, por lo tanto esta EN UN EMINENTE RIESGO DE INCENDIO. ¿Porque
se
producen
los
incendios
de
tipo
eléctrico?
Los incendios de tipo eléctrico se producen por sobrecalentamiento: Por ejemplo tengo un cable que está capacitado para un consumo de 15 amperes y lo someto a un sobreconsumo de 25 amperes. Esto va a generar un recalentamiento del cable el que al estar expuesto a una superficie combustible (madera, aislación) va a producir un incendio.
En otras oportunidades los cables est án a merced de roedores que quitan su aislación o a “maestros” que efectúan algún trabajo de carpintería o techumbre y los pasan a llevar. Otra forma de producir un incendio eléctrico es por conexiones defectuosas sin la aislación adecuada o sin cajas de connexión. El estar los cables en el entretecho un incendio no lo vamos a detectar inmediatamente, lamentablemente solo nos percataremos del peligro cuando veamos las llamas y ya será tarde.
¿Que
hacer
?
La soluciones podrían ser: a) Cambiar (recablear) con un conductor adecuado a las necesidades de la casa. (Error sería cambiar exclusivamente el automático por uno de mayor capacidad (ejemplo de 25 amperes), ya que su problema sigue estando presente en los conductores (cables) de menor capacidad) b) La solución ideal es independizar los circuitos eléctricos del hogar; por ejemplo: Un circuito especialmente dedicado a la cocina y lavadora. Un segundo circuito para enchufes. Un tercer circuito solo para alumbrado. Y no está demás un cuarto circuito para accesorios delicados como un computador.
¿Es
caro
instalar
circuitos
independientes?
Definitivamente NO. Si Ud, calcula el valor de su vivienda, sus artefactos y principalmente algo invaluable como la vida de su familia, es una obligación incurrir en esta inversión. Pero en términos reales, cada circuito en una vivienda promedio está en el orden de los $ 40.000.incluyendo los materiales y mano de obra. Y esto está listo durante el día. ¿Quienes
están
más
expuestos?
Generalmente las casas de antigüedad superior a 20 años, las cuales contaban con un solo circuito eléctrico, pues en ese tiempo las necesidades y los artefactos disponibles eran mínimos. Hoy en día todas las familias de una u otra manera tienen la oportunidad de acceder a diversos electrodomésticos del mercado y saberlo también se están exponiendo. En definitiva todos estamos expuestos, Lo importante es asegurarse y prevenir. ¿Cuando duran los conductores (cables) eléctricos?
Los cables están diseñados para durar muchos años si son instalados en forma correcta. El problema radica cuando sobrepasamos el consumo para lo cual fue diseñado, o utilizamos cables que son para ductos (cañerías) a la intemperie. Por lo tanto existe un cable adecuado para cada ocasión. Jorge
Niedbalski
P.
Técnico Eléctrico Certificado SEC, especialista en Inspecciones e Instalaciones eléctricas domiciliarias. Fonos: 2123010 – 09 0758158 Más Información aquí
CONDICIONES DE ILUMINACIÓN DE LOS LOCALES DE TRABAJO La iluminación, tanto por defecto como por exceso, es causa de accidentes laborales, de malestar y de enfermedades que, en general, se han asimilado a enfermedades comunes. Un buen sistema de iluminación debe asegurar suficientes niveles de iluminación, un contraste adecuado en la tarea, ausencia de deslumbramientos y un cierto grado de confort visual. Es conveniente conocer ciertos conceptos utilizados en iluminación de los que se destacan los siguientes:
El nivel de iluminación es la cantidad de luz que se recibe por unidad de superficie, su unidad es el lux. La luminancia es la
cantidad de luz devuelta por unidad de superficie en la dirección de la mirada. La luminancia determina el aspecto luminoso de una superficie o de un foco luminoso, su unidad es la candela por metro cuadrado (cd/m2).
El Contraste es la apreciación subjetiva de la diferencia de
apariencia de dos partes del campo visual vistas simultánea o sucesivamente.
El deslumbramiento es la incapacidad temporal de ver. Está
originado por la presencia en el campo visual de una fuente de elevada luminancia que produce la insensibilización de la retina.
La iluminación natural es deseable por la calidad de luz que proporciona y por el bienestar que implica. No obstante, debido a que su intensidad varia con la estaciones y las horas del día, se recurre a la iluminación artificial. Se debe evitar que los puestos de trabajo en general, y los que tienen pantallas de visualización de datos en particular, estén situados frente o contra una ventana o una superficie que tenga una luminancia elevada; por otra parte, las ventanas de dichos puestos deben estar dotadas de cortinas o persianas opacas y regulables, preferentemente de láminas verticales. CABLES ELECTRICOS DE PROLONGACION Debe evitarse su uso siempre que sea posible, ya que un cable prolongador incorrectamente utilizado pude hacer mucho daño. También es cierto, sin embargo, que su uso se hace imprescindible en multitud de ocasiones por lo que, llegado el caso, se observarán ciertas normas que garanticen la seguridad. Así por ejemplo, las clavijas de enchufe de los cables alargadores tendrán el mismo número de patillas que el aparato que se va a conectar. Teniendo en cuenta que no hay cable eléctrico que resista durante mucho tiempo el mal trato, es fundamental manejarlos con cuidado, evitar pisarlos o que descansen sobre aristas vivas. No se anudarán, doblarán, ni dejarán que se apoyen sobre lugares o piezas calientes, ya que podría deteriorase el aislamiento y dar lugar, bien a un choque eléctrico, bien a un incendio. Existen cables resistentes al agua, calor, disolventes y otros productos químicos pero, como norma general, no se utilizarán cables alargadores en locales con ambiente húmedo o en lugares donde exista riesgo evidente de deterioro como consecuencia de quemaduras, o por contacto con los productos corrosivos. Ni qué decir tiene, que jamás se utilizarán los cables alargadores en lugares con ambientes explosivos o inflamables. El usuario es quien mejor puede evitar los accidentes producidos por los cables prolongadores. Para ello, además de las recomendaciones anteriores, se deberán tener en
cuenta las siguientes:
Examinar regularmente el cable para comprobar su estado, sobre todo antes de comenzar su trabajo. Si está gastado o dañado, se pedirá uno nuevo, sin intentar arreglarlo. No tirar de los cables de las máquinas para moverlas y mucho menos de los cables prolongadore s. - Manejar el cable eléctrico de prolongación con cuidado, evitando tirones, aplastamient os, rozaduras, cortes, quemaduras, corrosiones, etc. Manejar el cable eléctrico de prolongación con cuidado, evitando tirones, aplastamient os, rozaduras, cortes, corrosiones, etc. No debe extenderse sobre una zona de paso donde las personas puedan pisarlo o
tropezar con él, o los vehículos puedan deteriorarlo. Si es inevitable extender el cable por una zona de paso, debe protegerse con carcasas suficienteme nte resistentes. Para guardarlo, se enrollará en su bobina. Si el cable no tuviera bobina se enrollará realizando círculos relativament e grandes, deshaciendo los lazos o cocas que hayan podido formarse.
Instalaciones eléctricas en una vivienda
Introducción
Para el estudio de la corriente eléctrica partimos de la propia constitución de la materia, donde el átomo principal constituyente de la misma está compuesto de pequeñas partículas elementales que llevan cargas eléctricas. Estas partículas están formadas por: Protones: Partículas elementales de cargas positivas que se encuentran formando parte del
átomo.
Neutrones: Partículas que se encuentran en el núcleo y que carecen de carga eléctrica. Electrones: Partículas de carga negativa, que se encuentran en el exterior del núcleo, tienen carga negativa.
En cada átomo el número de protones es igual que el de electrones, y la fuerza de atracción y repulsión queda neutralizada y la carga como neutra. Si por algún procedimiento deshacemos el equilibrio entre el protón y el electrón, y este último se desplaza de su órbita, el átomo se carga eléctricamente. Por consiguiente se puede deducir que es el electrón la carga fundamenta de la corriente eléctrica, y al desplazamiento de este de un átomo a otro lo denominamos corriente eléctrica.
El campo eléctrico que se forma cuando se reúnen varias cargas elementales tiene la capacidad de atraer o repeler a otras cargas dentro de su campo de acción. Los parámetros que debemos tener en cuenta dentro de una corriente eléctrica son los siguientes:
Diferencia de potencial: Trabajo necesario para atraer o repeler a las cargas que están dentro del campo de acción de un campo eléctrico. Se mide en voltios (V) Intensidad: La cantidad de cargas eléctrica que pasan por un punto de un circuito eléctrico en una unidad de tiempo. Se mide en amperios (A) Resistencia: es propia del materia y no depende solo de la diferencia de potencial que se aplique entre los extremos, sino de una propiedad intrínseca del propio material denominada resistividad. Es la propiedad de los cuerpos a fenar el paso de corriente eléctrica, se mide en ohmios ( ). La resistencia (objeto) es un elemento auxiliar de los circuitos eléctricos, construida de aleaciones especiales de muy alta resistividad y que, por tanto presentan una fuerte oposición al paso de la corriente. RESISTIVIDAD: constante material que depende en gran medida de la temperatura.
Los electrones libres que posee todo conductor, en presencia de un campo eléctrico, se desplazan hasta conseguir que el campo sea nulo; si por cualquier procedimiento se consigue que el campo eléctrico se mantenga constante (generadores) tendremos un flujo electrónico o corriente permanente, con lo cual los electrones libres del conductor se encontrarán sometidos a una fuerza en virtud de la cual se mueven, y a este movimiento se le denomina corriente eléctrica. Co n sid erac io ne s so b re la ene rg ía elé ct ri ca y ele ct ro ci né ti ca.
EL estudio de la corriente eléctrica se basa, en su forma inicial, en dos principios fundamentales:
principio de la conservación de la energía.
Principio de la degradación de la energía.
Considerando la energía como la capacidad que tienen los cuerpos para producir un trabajo, dicha energía puede estar en estado potencial o latente o bien en estado cinético o actual, que es cuando se está manifestando. Así pues, al manifestarse, la energía puede tomar diferentes formas, es decir, como energía mecánica, térmica, química, nuclear, etc. o bien eléctrica, siendo pues la electricidad una forma más de manifestación de la energía. Por consiguiente, la electricidad es una forma de la energía y energía eléctrica es la capacidad de los cuerpos para producir un trabajo por medio de la electricidad. La corriente eléctrica es el desplazamiento de electrones a lo largo de un conductor. Es pues el desplazamiento de electrones desde un cuerpo que los posee en exceso hasta otro que se encuentra falto de ellos. Así mismo, la corriente eléctrica se puede producir por:
Contacto, ya que al poner dos cuerpos en contacto uno cargado y otro descargado, este adquirirá la carga del mismo signo que el primero.
Inducción, por el acercamiento de dos cuerpos aún sin llegar a tocarse produciéndose una concentración de electrones en un extremo, por la atracción o repulsión de las masas, cargándose positivamente o negativamente una zona determinada. Arco, pasando las cargas a través del aire.
Clase s d e co rr ient e elé ct ric a Corriente continua: es aquella, en que los electrones siguen siempre el mismo sentido en el
conductor, su representación es una recta ya que los valores de su magnitud permanecen sensiblemente constantes; teniendo un marcado acento direccional, es la corriente de pilas y acumuladores. Corriente alterna: es de naturaleza totalmente distinta; en ella, en fracciones de tiempo
periódicas, va cambiando de valor y de signo alterando el sentido direccional de los electrones, pasando por unos valores máximos y mínimos en el valor absoluto de las magnitudes; es la corriente que se genera en las centrales, por medio de los alternadores. Corriente pulsatoria: Es una corriente alterna rectificada, transformándose en continua
respecto al sentido direccional de los electrones, si bien, cambia de valores absolutos de sus magnitudes, en mayor o menor grado según su amplitud. Debido a sus ventajas, la corriente alterna es la más utilizada en instalaciones eléctricas en viviendas, y por ello nos centraremos en ella. Sus características son:
Se transporta muy bien a larga distancia.
Se transforma muy bien
Se produce mejor y más barata que la continua.
Los receptores son baratos y de poco mantenimiento.
No sirve para electrólisis.
No sirve para cargar acumuladores
2. Corriente alterna
La generación de la F.E.M alterna, se produce por el simple hecho de mover una espira conductora dentro de un campo magnético.
Esta FEM cambia de sentido a intervalos de tiempo iguales y va tomando valores absolutos diferentes, según su posición dentro del campo magnético, produciendo siempre unos valores proporcionales a los senos de los ángulos girados por la espira. El valor de la F.E.M inducida depende de:
De la velocidad relativa del campo magnético y del conductor.
De la intensidad del campo magnético.
Del tiempo que dure la variación del flujo.
Propiedades de los circuitos d e corriente alterna
Los circuitos de corriente alterna, tienen tres propiedades de distinta naturaleza física, que son: resistencia, inductancia y capacitancia.
Resistencia: oposición al paso de la corriente Inductancia: Conjunto de fenómenos que se producen en un circuito al variar la corriente que circula por él o por otro próximo al mismo. Se representa por L y su unida den el SI es el Henrio. Capacitancia: componente de la reactancia de un circuito de corriente alterna debido a la capacidad del mismo. Su valor es ½ · · C; siendo C la capacidad y la frecuencia de la corriente. (Reactancia: componente, junto con la resistencia de la impedancia de un circuito por el que circula una corriente alterna).
La inductancia hace que el valor máximo de una corriente alterna sea menor que el valor máximo de la tensión; la capacitancia hace que el valor máximo de la tensión sea menor que el valor máximo de la corriente. La capacitancia y la inductancia inhiben el flujo de corriente alterna y deben tomarse en cuenta al calcularlo. Ley de Ohm en circuitos d e corriente alterna
La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios , V la
fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna ( CA ), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias. Generadores de corr iente alterna: alternadores
Los alternadores son las máquinas que transforman la energía mecánica en energía eléctrica bajo la forma de corriente alterna. Existen alternadores monofásicos, bifásicos o trifásicos. Empleándose en la práctica alternadores trifásicos. La constitución general del alternador trifásico aparece en la figura. Los alternadores trifásicos se construyen para una frecuencia fija (50 Hz), por ello la velocidad de rotación es también siempre fija 3. Generalidades de las instalaciones eléctricas en viviendas
El tipo de corriente más utilizado hoy en día en todas las distribuciones eléctricas son las corrientes alternas, quedando las distribuciones de corriente continua para utilizaciones muy específicas, donde la mayoría de las veces es más fácil la corriente alterna en continua que generar estas corrientes continuas.
Disposic ión general de las diferentes partes d e una instalación com ún . 1 Red de tierras 2 Centro de transformación 3 Caja conexión a tierra 4 Caja General de Protección permanentemente accesible 5 Canal protector de cables 6 Centralización contadores 7 Derivaciones individuales 8 Cuadro mando y protección 9 Instalación interior vivienda Electrificación general de edificio s: Lugares de consumo
Grado de electrificación Mínima
Viviendas ( * )
Media
Elevada
Especial
Límite aplicación 80 m2**
Límite aplicación 150 m2**
Límite aplicación 200 m2**
Sin límite
3 kW/vvda.
Edificios de viviendas
Conjunto de viviendas
Suma de todas las viviendas, afectada de un coeficiente de simultaneidad
Servicios generales
Suma de todos los servicios (alumbrado escalera, ascensores, etc.)
Locales comerciales
100 W/m2 ( mínimo 3.000 W)
Edificios comerciales y de oficinas
100 W/m2 ( mínimo 5.000 W)
Locales públicos (cines, teatros, etc.)
La necesaria
Industrias
La necesaria
Edificios destinados a concentración industrial
125 W/m2 por planta
5 kW/vvda.
8 kW/vvda.
( * ) Unifamiliares o situadas en edificios. ( ** ) Superficie útil de la vivienda. Coeficiente de simultaneidad N.º de viviendas
Electrificación mínima y media
Electrificación elevada y especial
1ª
1
1
de la 2ª a la 4ª
1
0,8
de la 5ª a la 15ª
0,8
0,7
de la 16ª a la 25ª
0,6
0,5
de la 25ª en adelante
0,5
0,4
Con objeto de facilitar directamente el cálculo de la previsión de carga del conjunto de viviendas situado en un edificio, se presenta el siguiente cuadro, que ha sido confeccionado a partir de los dos anteriores:
Nº Total de Viviendas
Potencia prever en kW, según el grado de electrificación de las viviendas Mínimo
Medio
1
3
5
8
2 3 4
6 9 12
10 15 20
14,4 20,8 27,2
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
14,4 16,8 19,2 21,6 24 26,4 28,8 31,2 33,6 36 38,4
24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
32,8 38,4 44 49,6 55,2 60,8 66,4 72 77,6 83,2 88,8
Elevado
Suministro d e los ho gares: acometidas de Baja Tensión
Para suministros inferiores a 50 KVA lo normal es que las acometidas a edificios sean en baja tensión. Las acometidas se realizan de tal forma, que los conductores lleguen a la caja de protección totalmente aislados y protegidos contra cualquier posible fraude de toma de corriente en el trayecto.
Al se la acometida eléctrica el punto de toma de la energía eléctrica de la red de distribución al edificio, viene condiciona da por la situación de esta red, y así podemos dividir las acometida en dos tipos:
Acometidas aéreas: Está impuesta cuando la red de distribución es aérea y, por tanto, la toma se hace en esta red aérea, realizándose con unos empalmes de derivación, en una zona próxima a la fijación de la línea, para evitar movimientos y que generalmente se materializa, con una palomilla de aisladores que va fijada al parámetro vertical del edificio, guardando especial cuidado en evitar la entrada de agua de lluvia a través del tuvo protector o entrada a la caja de protección a través del tuvo, el diámetro mínimo de este tubo es de 100 mm. La línea de distribución urbana, de donde se toma para la acometida, puede serla res aérea convencional (4 hilos separados9, o bien de red trenzada (conductores trenzados formando un haz).
Acometidas subterráneas: Es la más racional para grandes poblaciones, donde las redes de distribución urbanas representan una gran tela de araña subterránea que discurre por es subsuelo desde donde se deriva hasta penetrar en los edificios a la correspondiente caja de protección. Las tomas se realizan en las cajas de distribución urbanas. Esta acometida es más segura y más duradera al estar más protegida y resguardada.
Cajas generales de pro tección : Es la caja que aloja los elementos de protección de la línea
repartidora, marca el principio de la propiedad de las instalaciones eléctricas del abonado. Inst alaciones interior es.
Son las derivaciones individuales de abonado que, partiendo del cuadro general de distribución, enlazan con todos los receptores de la instalación, fundamentalmente, a través de puntos de enchufe y de luz.
Las tensiones de uso, no serán superiores a 250 V son relación a tierra.
En las nuevas edificaciones, se dispondrá de una toma tierra de protección.
Los conductores utilizados en la instalación interior serán: rígidos o flexibles pero de cobre.
Las secciones mínimas serán las siguientes:
Circuito de alumbrado, 1mm2
Circuito de alimentación de tomas de corriente en viviendas con grado de electrificación mínimo 1.5 mm2
Con grado de electrificación medio y elevado 2.5 mm2
Circuito de alimentación a lavadora y calentadores, 4 mm2.
Circuito de alimentación a cocina, frigorífico y secador, 6 mm2.
Se identificará bien por los colores de su aislamiento o por inscripciones sobre el mismo (amarillo y verde para protección y azul para el neutro)
No se utiliza el mismo conductor neutro para varios circuitos.
Las tomas de corriente de una habitación deben estar conectadas a la misma fase.
En los cuartos de baño se deben extremar las medidas de precaución (en el volumen de prohibición no se instalarán interruptores, tomas ni aparatos de iluminación)
Clases de instalaciones in teriores
Instalaciones al descubierto: los conductores van montados sin tubo aislante protector y soportados pro medio de aisladores que, a su vez se fijan sobre las paredes y techos. Instalaciones bajo tubo saliente: los conductores van introducidos en un tubo o cubierta aislante de hierro emplomado, plástico, etc., y montados en el interior de los muros y paredes. Instalaciones bajo tubo empotrado: los tubos aislantes van montados en el interior de los muros, de forma que no sean visibles al exterior. Instalaciones especiales: Entre estas instalaciones podemos contar las instalaciones con conductores directamente empotrados, las instalaciones tubulares, las instalaciones para atmósfera húmedas…
4. Elementos de una instalación eléctrica en una vivienda. Co nd uc to res elé ct ric o s. Materiales cond uctores:
Los conductores que se emplean en instalaciones interiores se presentan en forma de hilos o cables. Los conductores más utilizado y comunes son los hilos, cables y pletinas:
Un hilo es un conductor cilíndrico compuesto por un solo alambre rígido de hasta 4 mm2 de sección (a partir de esta medida se les denomina varillas) Un cable es un conductor formado por vario hilos, a veces muchos y muy finos, trenzados, que le dan mayor flexibilidad. Las pletinas son conductores de sección rectangular que se usan frecuentemente en cuadros eléctrico de distribución
La ventaja fundamental del cable sobre el hilo es su flexibilidad. Es por esta razón que, excepto para pequeña secciones, resulte siempre preferible el empleo de cables. Estructuralmente, un conductor para instalaciones interiores consta de las siguientes partes:
En la parte central están los conductores, que son los elementos destinados a conducir la corriente. Se denomina cuerda a cada uno de los grupos de conductores que constituyen un cable. Cuando el hilo o cable consta de un solo conductor, se le denomina monoconductor.
Cada conductor, lleva su propio aislamiento, destinado a aislar eléctricamente de los demás conductores. Se denomina alma o venaa l conjunto del conductor y aisla miento.
Un conjunto de conductores de un hilo o cable policoductor lleva muchas veces un aislamiento denominado cintura, que se aplica sobre las almas reunidas y que, generalmente, es de la misma naturaleza que el aislamiento de estas almas.
Los materiales conductores empleados en instalaciones interiores son el cobre y el aluminio. El cobre tiene mejores propiedades eléctricas que el aluminio (actualmente se emplea casi solo el cobre, aunque el aluminio es más económico). El cobre es un metal muy maleable, dúctil y de color rojizo. Puede ser fundido o forjado, laminado, estirado, y mecanizado en máquinas o herramientas. El aluminio es un metal maleable, dúctil, de color blanco plateado. Se trabaja fácilmente por laminación, estirado, fundición, forjado y mecanizado en máquinas herramientas. Materiales aislantes y protect ores
Los materiales aislantes se emplean en los conductores para instalaciones interiores comprenden, por un lado, los materiales plásticos (termoplásticos y termoestables) y, por otro lado, los elastómeros . Los más empleados para la constitución de aislantes para los conductores son: PVC, PEHD, Neopreno y etileno-propileno. Los principales materiales empleados en los recubrimientos protectores de conductores para instalaciones interiores son los mismos que los utilizado son los aislamientos interiores y fibras textiles alquitranadas. Como envoltura metálica y, sobre todo, en ambientes húmedos se usa muchas veces un tubo de plomo que envuelve a los conductores convenientemente aislados. Los conductores, así dispuestos, tienen la ventaja que pueden fijarse directamente a las paredes por medio de grapas sin necesidad de tuvo protector. En las instalaciones sometidas a elevados esfuerzos mecánicos, se utilizan conductores armados; la armadura está constituida por hilos de hierro galvanizado, aplicados helicoidalmente sobre el aislamiento interior del cable Los tipos de cables más utilizado en la actualidad son: tipo MI cable con aislante mineral, incombustible, se puede utilizar en lugares peligrosos y bajo
tierra
tipo MC Cable del numero 4, se puede utilizar en sitios húmedos tipo AC (también se conoce como cable BX) tiene armadura de cinta metálica flexible, proporciona un medio de conexión a tierra
tipo ACL además del material aislante del tipo AC, tiene conductores forrados de plomo
tipo ACT solo los conductores individuales tienen una cubierta fibrosa resistente a la humedad
tipo NM o NMC Cables con cubiertas no metálicas (también conocidos como Romex) Se puede utilizar en áreas parcialmente protegidas tipo SNM los conductores están agrupados en una matriz construida de material no metálico, resistente a la humedad y a la llama tipo SE o USE cable de a cometida de suministro con aislante resistente a la humedad y al fuego. tipo UF es surte de fabrica con una funda resistente a la llama, humedad, hongos y corrosión, y es adecuado para enterrarse directamente.
Dispositivos de accionamiento
El interruptor: Al accionarse en una de las dos posiciones, abre o cierra un circuito eléctrico de forma permanente. En las instalaciones de una vivienda se emplean fundamentalmente los interruptores de cajita. Existen dos tipos. De tipo giratorio, para montajes salientes y de tipo Tumbler para montaje empotrado o saliente.
El conmutador de dos direcciones: dispone de tres bornes de conexión. Por uno de ellos llamado común entra la corriente, y al accionarse el conmutador la salida se produce alternativamente por los bornes restantes. SE utiliza para gobernar un receptor desde dos o más puntos alternativos.
El conmutador de cruzamiento: dispone de 4 bornes de conexión que mediante dos posiciones se conectan dos a dos en cada una de ellas. Existen varias posibilidades de unir los contactos: en forma de paralelas horizontales, verticales y cruzados
El pulsador: es un tipo especial de interruptor. El llamado pulsador a la conexión mantiene cerrado el circuito sólo mientras el dispositivo permanece pulsado. El pulsador a la desconexión hace el efecto inverso al anterior: el circuito está normalmente cerrado y se abre cuando se pulsa.
Disposit ivos de Protecc ión
En los circuitos se dan situaciones cuyos efectos es necesario prevenir, algunos de los más peligrosos son:
Las sobrecargas: son las subidas de intensidad producidas por la conexión al circuito de muchos receptores unidos entre sí en paralelo Los cortocircuitos: son las subidas de intensidad por entrar en contacto directo dos puntos del circuito a distinto potencial (la resistencia entre ambos se hace prácticamente nula)
Los dispositivos para prevenir estas situaciones son los fusibles, los interruptores automáticos y el diferencial. Fusibles
Los conductores eléctricos de una instalación deben protegerse contra los cortocircuitos y las intensidades excesivas, llamadas sobreintensidades. El procedimiento más sencillo y a la vez el más utilizado es intercalar en el circuito que se ha de proteger un trozo de material fácilmente fusible, que funde al pasar por él una intensidad demasiado grande y abre de esta manera el circuito, protegiendo así los aparatos receptores conectados a la red eléctrica. Los fusibles han de cumplir las siguientes condiciones previas:
Los fusibles corresponderás a la intensidad de la corriente que ha de circular por el conductor
Los fusibles no serán recambiables y se les dará una forma tal que impida el que se utilicen para cargas demasiado grandes
Los fusibles deben tener una indicación que permita reconocer a simple vista si están quemado o no.
Clases de fusibles:
Según la forma que adopta el material fusible y la disposición general del conjunto, se fabrican fusibles de muy diversas características. Pueden englobarse en tres grupos.
Fusibles de tapón: se usan para pequeñas intensidades, hasta 10 A, consta de tres piezas, denominadas tapa, tapón fusible y base portafusible. En el interior del tapón va el hilo fusible. Para cada intensidad, el diámetro de la parte roscada es distinto de forma que, para una base determinada, sólo puede roscarse el tapón que corresponde a dicha intensidad.
Fusible de cartucho: consta de dos partes: el fusible y la base portafusible. A su vez el fusible propiamente dicho consta de tres piezas: tapón roscado, que fija el cartucho fusible a la base y lleva un dispositivo que muestra si el fusible está quemado; el cartucho es un cilindro hueco de material aislante, en cuyo interior se encuentra el hilo fusible; el tornillo de ajuste tiene su parte superior de material aislante con una abertura ajustada a las dimensiones del extremo inferior del cartucho fusible, la parte inferior se rosca sobre un agujero roscado que hay en la base. A cada intensidad le corresponde un cartucho de diferente diámetro, y a cada tensión uno de diferente longitud.
Fusible de placa: Se emplean para intensidades de más de 60 A. En su forma más sencilla consta de varios hilos de aleación fusible soldados a piezas especiales de fijación. El inconveniente es que la reposición de los hilos fusible ha de efectuarse bajo tensión, lo que muchas veces resulta peligroso. Puede suprimirse con fusibles especiales que pueden desconectarse bajo tensión.
Interru pt or es auto m ático s
Cumplen la misma función que los fusibles, únicamente se diferencian en que los sistemas de corte se producen con un interruptor accionado automáticamente. Interru pto r diferencial
Es un elemento de protección contra los contactos indirectos ( se desvía la corriente a una parte metálica del receptor y a la toma tierra) El diferencial es un elemento muy sensible a la corriente de fuga a tierra. Recibe su nombre por la forma de trabajo, que se basa en hacer un balance entre todas las corrientes que entran en la instalación consumidora y las que salen. Esta diferencia normalmente es cero, pero si se produce un avería en la que una fase está tocando la masa de un aparato, por estar conectada a tierra se produce una corriente a través del terreno. E interruptor se dispara cuando la intensidad se corriente hacia tierra supera un umbral de intervención independientemente del consumo de corriente que se esté produciendo en la instalación. Los interruptores con sensibilidad de 0,03 A p lo que es igual 30 mA. o con menor umbral se llaman interruptores de media y baja sensibilidad. Otros dispositivos. Puesta a tierra.
Poner a tierra significa unir a tierra un punto de una instalación a través de un dispositivo apropiado, con objeto de conseguir que no existan diferencias de potencial peligrosas entre diferentes elementos de un instalación. Igualmente debe de permitir evacuar a tierra las corrientes de derivación o las descargas de origen atmosférico. El objeto primordial de la puesta a tierra en una edificación es el de la protección de los circuitos eléctricos y de los usuarios de estos circuitos. Existen dos tipos principales de puestas a tierra:
Puesta a tierra de protección: se instala para prevenir accidentes personales en caso de contactos directos o indirectos. Puestas a tierra de servicio: Es la que pertenece al circuito de la corriente de trabajo, es decir el centro de estrella de generadores y transformadores.
Partes principales de las instalaciones de tierra: Es las instalaciones de puesta a tierra a un edificio se diferencian las siguientes partes:
Electrodo: Es una masa metálica permanentemente en contacto con el terreno. Línea de enlace con tierra: formada por los conductores que unen el electrodo o conjunto de estos con el punto de puesta a tierra. Punto de puesta a tierra: es un punto situado fuera del suelo, que sirve de unión entre la línea de enlace con tierra y la línea principal de tierra. Línea principal de tierra: están constituidas por conductores que parten del punto de puesta a tierra, y a las que están conectadas las derivaciones necesarias para la puesta a tierra de las masas. Servicios: están constituidos por conductores que unen la línea principal de tierra con los conductores de protección.
Enchufes
Se denomina también tomas de corriente. Son dispositivos, que se utilizan para la conexión y desconexión de la red de aparatos móviles tales como lámparas de sobremesa, planchas, etc. El enchufe consta de la base y la clavija. La base es la parte fija y se conectará a la red. La clavija es la parte móvil y se conectará al aparato que debe alimentar. Los enchufes de hasta 10A se fabrican de porcelana, baquelita, plástico, etc. para montaje saliente o empotrado. Cuando los bornes de conexión de la clavija son de sección circular se trata de enchufes normales y cuando son rectangulares, enchufes americanos.
Pararrayos
Los desperfectos y destrucciones que ocasionan los rayos en los edificios se producen sobre todo cuando la descarga atraviesa partes aislantes, de tal manera que, para proteger edificios, hay que prever elementos y dispositivos para que la descarga pase a tierra sin atravesar dichas partes aislantes, es decir, ofrece al rayo un camino más fácil que cualquier otro. Los dispositivos utilizados para la protección de los edificios contra descargas atmosféricas se denominan pararrayos. Una instalación de pararrayos consta de los órganos de capacitación de las descargas, denominadas puntas, lanzas o pararrayos. Los conductores o conexiones entre los órganos de
capacitación y la tierra y las tomas de tierra o lugares de disposición de la descarga. Un pararrayo bien instalado y conectado a tierra protege una zona incluida dentro de n cono de protección, cuyo vértice está en la punta del pararrayos y que tiene por base un círculo de radio igual al doble de la altura del pararrayos. 5. Esquemas eléctricos
6. Bibliografía
Instalaciones eléctricas para la vivienda. J. Roldán Viloria. Ed. Paraninfo
Instalaciones eléctricas I y II . J Ramírez Vázquez . Ed Ceac.
Instalaciones eléctricas en la edificación. F. Martín. Ed. A. Madrid Vicente.
Leonardo tecnología. 3º ESO Ed. SM
Tecnología Industrial I 1º Bach Ed McGrawHill.
Internet : www.enher.com
7. Indice
Introducción
Consideraciones sobre la energía eléctrica y electrocinética
Clases de corriente
Corriente alterna
Propiedades de los circuitos de corriente alterna
Ley de Ohm en circuitos de corriente alterna
Alternadores
Generalidades
Suministros de los hogares: acometidas de baja tensión.
Instalaciones interiores
Elementos de una instalación eléctrica en una vivienda.
Conductores eléctricos
Dispositivos de accionamiento.
Dispositivos de protección
Otros dispositivos
Esquemas eléctricos
Bibliografía
Indice.
Instalaciones eléctricas en una vivienda 19
Cálculo de la demanda de energía eléctrica de una vivienda con aplicación a la energía solar (página 2) Enviado por Karina Pacco Ramírez
Partes: 1, 2
Coeficiente de Transmisión: Es el porcentaje de la energía incidente que es transmitida a través del cuerpo. Luego, por el Principio de Conservación de la Energía: G = G(a + G(? + G(t (1) ( a+?+t=1 (2)
Fig. Nº3. Balance energético sobre un cuerpo
Para un cuerpo negro: a=1 ; ?=t=0 Para un cuerpo opaco: t=0 ; a+?=1
En general, a, ? y t; dependen de la temperatura del cuerpo, pero para fines prácticos, se pueden considerar como constantes características de cada material.
Fundamento teórico ¿Cómo dimensionar la instalación?
Un adecuado dimensionamiento de las instalaciones supone, además, asegurar la fiabilidad de las mismas y su utilización a lo largo del tiempo, evitando que queden inservibles al cabo de pocos años al utilizarse con fines para los cuales no habían sido concebidas. Como ya se ha dicho, en el dimensionado de los sistemas fotovoltaicos es fundamental conocer la radiación incidente sobre el sistema y determinar con precisión el consumo. Como quiera que estos datos son difíciles de conocer con exactitud, surgen distintos métodos aproximados que permiten determinar cuál es el tamaño necesario de paneles en Wp, y de batería, en Ah, con los que satisfacer un consumo dado en una situación concreta (temporal y espacialmente). En el método del mes peor se realiza un balance de energía seleccionando un periodo de tiempo, normalmente un mes en el que se dan las condiciones más desfavorables del sistema. La idea es que si el sistema funciona en este mes, funcionará también los demás meses del año. Se cuenta además con la capacidad de acumulación necesaria para cubrir un cierto número de días de bajo nivel de radiación (días e autonomía). Para explicar de una forma clara los pasos a seguir, vamos a realizar el cálculo de una instalación conforme se explican los distintos aspectos que se deben considerar. Se trata de calcular la cantidad de paneles fotovoltaicos que hay que instalar, y la capacidad de la batería que debe conectarse para satisfacer por completo las necesidades de energía eléctrica de una vivienda unifamiliar situada en el distrito de Tacna. EQUIPO
POTENCIA (W)
Iluminación Iluminación intensa Televisor B/N Televisor color Radiocassette Video Lavadora Plancha Ordenador Frigorífico Congelador Pequeños electrodomésticos Máquinas herramientas
10-20 20-40 20-30 50-100 5-15 50 400 600-1200 200 70-120 90-150 50-200 200-500
Evaluación de la energía necesaria (consumo de los equipos)
Para la estimación de la energía consumida por la instalación se habrán de evaluar, por separado, la aportación al consumo total de los equipos de corriente alterna y continua. A la hora de realizar esta estimación deben tenerse en cuenta las variaciones estacionales, ya que la incidencia de determinadas aplicaciones (especialmente los bombeos de agua) es muy importante frente a los consumos de otros usos, por lo que deben calcularse los consumos de varios meses diferentes. En el caso de que se trate de sistemas de electrificación con consumos idénticos a lo largo de todo el año, bastará con realizar una única estimación. Consumo de los equipos en corriente continua (T1) EQUIPO
Iluminación Iluminación intensa Televisor B/N Televisor color Radiocassette Video Lavadora Plancha
FUNCIONAMIENTO (HORAS/DIA)
1 3 3 3 1 1 0.5 0.25
Ordenador Frigorífico Congelador Pequeños electrodomésticos Máquinas herramientas
0.5 4 5 0.25 0.25
La energía que la aplicación considera necesita consumar cada mes va a depender, exclusivamente, del tipo de equipos que componen la carga, así como el tiempo de utilización de los mismos. Los datos necesario que habrán de conocerse de cada equipo serán: La potencia, tomada como la nominal de los equipos, y que aparece en las características de los mismos. El número de horas de funcionamiento diario. Como orientación, se incluyen en el cuadro datos sobre el número de horas de funcionamiento típicos en instalaciones fotovoltaicas. La energía necesaria para el consumo del equipo en cuestión será el producto del número de equipos iguales por la potencia y por el número de horas diarias de funcionamiento.
Evaluación del consumo mensual en corriente alterna (T2)
Lo consignado como elementos generales en los párrafos anteriores es también de aplicación en el caso del consumo de los equipos de corriente alterna. Supongamos que en el ejemplo de la vivienda unifamiliar en el distrito de Tacna queremos conectar en el salón un equipo de iluminación en corriente continua de 40W (con lámparas de alta eficiencia) que prevemos puede estar funcionando 4 horas al día. Este equipo supondrá, por tanto, un consumo diario de 40·4=160Wh. Queremos además disponer de un punto de luz en la cocina, de 20W y consideramos que cada día estará en funcionamiento 1 hora, es decir, un consumo energético de 20Wh cada día. Análogamente, en las habitaciones tendremos equipos de 20W, corriente continua y cada uno se usará unas 2 horas al día. Si tenemos un total de 4 equipos de estos, supondrá un consumo de 4·20·2=160Wh. Además disponemos de una nevera de corriente continua de 120W de potencia y que durante un día tiene el motor funcionando durante unas 4 horas. Esto supone un consumo diario de 4·120=480Wh. Sumando los consumos diarios de todos los equipos de corriente continua se tiene: T1 = 160 + 20 + 160 + 480 = 820Wh
En cuanto a los equipos de corriente continua alterna están una lavadora, de 450W de potencia y que funciona una media de 0.5 horas al día, lo que supone un consumo de 225Wh, un televisor de 100W, con tres horas diarias de funcionamiento (300Wh al día), un video, de 60W, 1 hora de funcionamiento al día (60Wh) y diversos pequeños electrodomésticos (batidora, máquina de afeitar, taladradora, etc.) que podemos asignarlas 200W, 0.3h, (60Wh al día). Sumando los consumos diarios de todos los equipos de corriente alterna se tiene: T2 = 225 + 300 + 60 + 60 = 645Wh Evaluación del consumo total (Gt)
Para la evaluación del consumo total se tiene en cuenta dos factores: Margen de seguridad de captación (Eb): Corresponde a las pérdidas en el cableado, pérdidas en conexiones, variaciones en los consumos previstos inicialmente, etc. En principio puede estimarse en un 15% para la mayoría de los casos. Eficiencia del inversor (Ei ): Es la relación entre la energía que se aporta al inversor y la realmente disponible para el consumo. Como ya se mencionó en el capítulo dedicado a los elementos que componen la instalación, el inversor tiene un consumo propio constante y un rendimiento variable en función de la carga a la que suministre. En principio, y salvo disponer de informaciones más precisas, puede tomarse como valor medio el 85%. Los consumos en corriente continua (Gc) serán, por tanto, el producto de (100+Eb)/100 por lo calculado para el conjunto de los equipos de consumo (T1): Los consumos en corriente alterna (Ga) serán el resultado de la operación siguiente:
El consumo diario total (Gt) de los equipos será: (Gt)= (Gc) + (Ga)
En el caso de nuestro ejemplo, considerando un margen de seguridad de captación del 15% y una eficiencia del inversor del 85%. Consumos en c.c. Gc = (100 +15)·820/100 = 943 Wh/día Consumos en c.a. Ga = (100 +15)·645/85 = 873 Wh/día Considerando que es muy difícil que necesitemos operar todos los equipos de c.a. simultáneamente, puede ser razonable pensar en un inversos de 500W. Consumos totales: Gt = Gc + Ga = 943 +873 = 1816 Wh/día Evaluación de la radiación solar disponible (Rd)
La energía que capta un panel solar fotovoltaico va a depender tanto de la climatología del lugar como el ángulo de inclinación que el panel posea respecto a los rayos solares. A continuación aparecen los valores medios de la energía recibida durante un día y por unidad de superficie correspondiente a la provincia de Tacna para los distintos meses del año. Esta energía está expresada en forma de KWh/m². (Algunos datos no son auténticos sólo son para este ejemplo).
Fuente: Elaboración propia 2009 Fig. Nº4 A continuación se calcula para cada mes la relación de consumos/radiación disponible (P) según:
De las distintas estimaciones de consumos comparadas con la radiación disponible, se tomará el valor mayor, que denominaremos Pmax. En el caso de nuestro ejemplo, los consumos son de 1816 Wh. El mes de peor radiación, (que nos dará un valor de relación consumos/radiación mayor) es Agosto, que en Tacna sólo da: 3.53 kWh/m²/día, con lo que el Pmax es: Pmax = 1816/3.53 = 515 Tamaño del campo de captación La potencia de captación (C) del panel elegido, en watios-pico (Wp), es necesaria para calcular el tamaño
del campo de captación. A partir de la potencia del panel elegido y del mayor valor de P (Pmax) se calcula el número de paneles (Np) necesario:
El factor 1.1 se aplica para compensar posibles pérdidas debidas a errores en l orientación, la limpieza de los paneles, conexiones, etc. El número de paneles será, entonces, el primer número entero mayor que el Np calculado según la fórmula anterior. Supongamos que hemos decidido colocar paneles de 90 Wp, el número de paneles necesarios para nuestro ejemplo es: Np = 1.1·582/90 = 7.11
Si queremos ser conservadores pondríamos 8 paneles. Dimensionemos el sistema de acumulación
Para evaluar el tamaño del sistema de acumulación es necesario definir previamente los siguientes factores: Días de autonomía (D): Corresponden al tiempo que podrá funcionar la instalación sin recibir radiación solar en condiciones adecuadas. Habitualmente, para instalaciones de electrificación rural este factor puede ser de 4 o 6 días, mientras que para aplicaciones profesionales puede superar los 10. Profundidad de descarga máxima (M): Corresponde al límite de descarga que puede alcanzar la batería. Para los casos más habituales de electrificación rural, puede tomarse este valor como de un 70%. Las baterías empleadas en otros tipos de sistemas pueden permitir profundidades de descarga superiores al 90%. Tensión de trabajo de la instalación (V): Elegida en función de las características de la instalación, lo más usual son tensiones de 12 ó 24 V en el caso de instalaciones de electrificación rural. La capacidad de acumulación (Q): en amperios-hora (Ah ), se calcula con la siguiente fórmula:
Volviendo a nuestro ejemplo, supongamos 6 días de autonomía, y que la instalación sea de 12V, y permitamos una profundidad de descarga de 70%.
Por tanto, como resumen se tenderá el siguiente cuadro para la electrificación de una vivienda en Tacna:
