ciclo formativo de grado superior 2º sistemas de

Ciclo Formativo de Grado Superior

2º Sistemas de Telecomunicación e Informáticos

Profesor: Armando Sánchez Montero

I.E.S. La Fuensanta. Córdoba Sistemas de Telecomunicación e Informáticos Módulo: Horas de Libre Configuración

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Tema 1

Simbología Eléctrica y Cables Eléctricos Normalización 1. Normas de representación

La finalidad que se persigue en el siguiente capítulo es la de dar a conocer al lector los símbolos que se utilizan en la representación gráfica de instalaciones eléctricas de forma correcta y normalizada, según la norma UNE 20460. Aunque en la actualidad se sigan realizando planos y esquemas mediante [a delineación manual, cada vez se utilizan más las herramientas informáticas para su elaboración. Aun así, siempre habrá que realizar un croquis o un esquema sin contar con el ordenador, motivo por el cual haremos un repaso de algunos aspectos que creemos resultan necesarios en nuestra profesión. Sean estas tareas manuales o asistidas por ordenador, cada vez es más importante que exista una normalización, que facilite tanto la generación como La comunicación e interpretación de proyectos. En Latín, La palabra norma significa «regla que ha de seguirse». Se puede también definir como un método que facilita comprender algo concreto. La normalización aparece prácticamente desde Los orígenes de las sociedades civilizadas (baste pensar en los sistemas monetarios). Las normas aparecen cuando se tiene la necesidad de realizar una serie de proyectos de forma unificada, de manera que exista un tipo estándar a la hora de utilizar o seguir una misma norma. La normalización en España está representada, en general, por AENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación), y en particular por Los Comités Técnicos de Normalización (CTN). Las normas se editan con La nomenclatura UNE —iniciales de la expresión una norma española— seguida de cuatro o cinco cifras. La primera o las dos primeras corresponden al número de la comisión técnica que la ha estudiado, y las restantes son de clasificación correlativa dentro de cada comisión. Estas normas son revisadas periódicamente y se están adaptando a las directivas de la Unión Europea EN (Norma Europea). Internacionalmente, entre las más utilizadas destacan las normas ISO, siglas de la International Organization for Standarization (Organización Internacional de Normalización) y también las normas DIN que responden a Deutsche-Industrie-Normen (Normas de la Industria Alemana). Actualmente, la tendencia general es la internacionalización y unificación de estas normas. Las instalaciones eléctricas de nuestro país suelen seguir Las normas UNE-EN adaptadas a las directivas de la Unión Europea. Como se ha dicho, la normalización en el dibujo se encarga de unificar criterios para que dicho medio de expresión pueda ser interpretado por cualquier profesional. En esta unidad vamos a tratar aquellas normas que nos ayuden a comprender e interpretar de forma general los planos que pueden incluirse en un proyecto. Para realizar esquemas de circuitos eléctricos, utilizando simbología normalizada, se podrían seguir las siguientes normas de representación: IEC, UNE, DIN, BS ANSI. Lo que nunca se debe de hacer es representar, utilizando símbolos de normas diferentes conjuntamente en un mismo esquema (todos ellos deben de pertenecer a la norma elegida, cuando se represente). Como hemos mencionado al principio los símbolos que se darán a conocer a continuación siguen la norma UNE (Una Norma Española).

1.1 Los formatos

La normalización de los formatos establece tanto las dimensiones de un determinado formato como la relación entre ellas.

Pretende conseguir una uniformidad básica en el encarpetado y archivo de toda clase de papeles. El

tamaño de los formatos se define en las normas UNE 1026-2 y DIN 823.

Los formatos tienen forma rectangular y su lado mayor es raíz de dos veces el lado menor (véase La Figura 1.1). Fig. 1.1. Relación entre los lados del formato.

Las dimensiones de los formatos, como se ha dicho anteriormente, están normalizadas. Las correspondientes a la serie A se recogen en la Tabla 2.1 y las de las series auxiliares B y C en la

Tabla 2.2.


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Fig. 1.2. Relación entre formatos. Fig. 1.3. Formación de los formatos por cortes transversales.

La normalización de formatos establece una serie principal A y dos sedes auxi l iares, B y C. La serie A

corresponde a las dimensiones de los formatos para planos. Las series B y C, que dependen de la serie A, se

refieren a tamaños de sobres, carpetas, archivadores, etc. Las tres están normalizadas. Se denomina formato origen

de la serie A al que tiene un metro cuadrado de superficie. EL formato origen se denomina AO y, partiendo de él,

mediante cortes transversales, se obtienen sucesivamente los formatos menores: Al, A2, A3, A4... Si duplicamos el

Lado menor obtenemos los formatos mayores: 2A0, 4A0, etc. En las Figuras 1.2 y 1.3 se aprecia la formación y

la relación que existe entre los diferentes formatos.

Tabla 2.1. Dimensiones de los formatos de la serie A. Tabla 2.2. Dimensiones de los formatos de las series B y C.

Las dimensiones de los formatos, como se ha dicho anteriormente, están normalizadas. Las correspondientes a la serie A se recogen en la Tabla 2.1 y las de las series auxiliares B y C en la Tabla 2.2.

Tabla 2.3. Ejemplo de formatos alargados.

En ocasiones es necesario utilizar formatos especiales porque el dibujo se extiende en longitud y no en altura, como, por ejemplo, el trazado de una línea eléctrica o de unos perfiles. Para estos casos se

prevé cortar longitudinalmente los formatos normalizados en dos, cuatro u ocho partes iguales, según sea necesario. Como ejemplo, los formatos alargados se pueden ver en la Tabla 2.3 1.2. Simbología

Para que el lector sea capaz de elaborar o interpretar los circuitos de los que se han hecho mención en el punto anterior, se han confeccionado unas hojas, con la relación de los símbolos que más habitualmente se utilizan.

A continuación se mostrará en la parte izquierda el símbolo gráfico normalizado y en su parte derecha, una leyenda indicando el significado de éste


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1.3. Esquemas Un esquema es una representación de tipo gráfico, en la que se muestra cómo se conectan entre sí una serie de elementos y símbolos que forman parte del circuito de una instalación. Nos podemos encontrar tres tipos de esquemas:

Esquema multifilar o funcional.

Esquema circuital o de circuito.

Esquema unifilar. 1.1.3 Esquema multifilar o funcional Es un esquema en el cual se representa parte de una instalación (circuitos simples), y puede que no aparezcan todas las conexiones de la instalación, ya que su finalidad es estudiar y comprender el principio de funcionamiento del circuito que aparece representado. A continuación se representan los circuitos más básicos que se pueden encontrar en una instalación interior de vivienda: Instalación de un punto de luz Material necesario:

Un interruptor.

Un portalámparas

Una lámpara (de cualquier potencia).

Cable de 1,5 mm.


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Instalación de un punto de luz conmutado

Material necesario:

Dos conmutadores simples.

Un portalámparas.

Una lámpara

Cable de 1,5 mm.

Funcionamiento:

El conmutador es un elemento que tiene tres contactos, uno de los contactos es el de entrada/salida y los otros dos de des-viación de la corriente.

En este circuito tenemos conectado el conmutador 1 a la línea de fase y a través del conmutador 2 a la lámpara, que a su vez cierra el circuito por su otra conexión con el neutro. La lámpara se iluminará en el momento que se accione cualquiera de los dos conmutadores y dejará de iluminarse si se vuelve a accionar cualquiera de los dos conmutadores.

Instalación de una conmutada de cruce o cruzamiento

Material necesario:

Un conmutador de cruce o cruzamiento.

Dos conmutadores simples.

Un portalámparas.

Una lámpara.

Cable de 1,5 mm.

Funcionamiento:

El funcionamiento es similar al de la conmutada simple, ya que la lámpara se iluminará al accionar cualquiera de los 3 conmuta-dores, y dejará de iluminarse de la misma forma. Lo único que hay que reseñar es que los cruzamientos se utilizarán cuando se quiera accionar un dispositivo desde más de 2 puntos diferentes.

Ejemplo: para 3 puntos necesitaremos 1 cruzamiento, para 4 puntos necesitaremos 2 cruzamientos y así sucesivamente.

En la figura se muestra un esquema del accionamiento de un punto de luz desde cinco lugares diferentes, utilizando conmutadores de cruce (o cruzamientos).

Instalación de un tubo fluorescente

Material necesario:

Un interruptor.

Una bandeja porta-tubos.

Una reactancia (acorde a la potencia del tubo).

Un cebador.

Un tubo fluorescente.

Funcionamiento:

Para que un tubo fluorescente se ilumine se necesita una tensión bastante más elevada que la tensión de red, dicha tensión será generada por una reactancia, que está conectada en serie, conjuntamente con un cebador.

Al cerrar el interruptor S, circulará una corriente que a través de los electrodos del tubo, llegará al cebador (que es una pequeña lámpara de descarga de unos 160 voltios aproximadamente), la descarga del gas hará que el bimetal que conforma uno de sus electrodos, se caliente y se curve; al cerrase el contacto del cebador desapar ece en el mismo la descarga, y el bimetal se enfría, abriendo el circuito (de ahí que se p roduzca el centelleo del cebador, cuando va a iluminarse el tubo). Debido a esto y a las características de la autoinducción de la reactancia, se produce un impulso de gran nivel en extremos del tubo (puede llegar a tener unos 1.000 voltios aproximadamente),


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que producirá la ionización del argón y vapor de mercurio que hay en el interior del tubo, desprendiendo una radiación ultravioleta, que se convierte en luz visible, gracias al material fluorescente que recubre las paredes del interior del tubo.

Una vez en funcionamiento, la reactancia limita la corriente de forma que la tensión en el cebador sea inferior a su tensión de descarga, para que éste no vuelva a actuar. Instalación de una toma de corriente Material necesario:

Una base hembra de enchufe.

Cable de 2,5 mm o bien de 4 mm según se requiera.

Funcionamiento:

En este caso, sólo se requiere el buen funcionamiento del elemento que se vaya a conectar a la base, ya que la corriente se cierra a través del mismo.

Instalación de un timbre (o un zumbador) Material necesario:

Un pulsador.

Un timbre (o bien un zumbador). Cable de 1,5 mm.

Funcionamiento:

En el circuito, al presionar sobre el pulsador la corriente fluye a través de la bobina (electroimán) del timbre o zumbador accionándolo, y por tanto producirá el sonido que lo caracterice. En todos los circuitos anteriores se puede ampliar el número de dispositivos que se quieren accionar. Dependiendo del tipo de dispositivo, las conexiones de éstos se podrán realizar de tres formas distintas (se utiliza como ejemplo lámparas):

1.3.2. Esquema circuital o de circuito. En este tipo de esquema, se puede observar con todo lujo de detalles cómo se realiza la conexión de los elementos y el número de cables que conforman el conjunto de la instalación.

Los esquemas que se detallan a continuación son los que se han representado en el epígrafe anterior, pero aquí se representan las cajas de registro, también llamadas de derivación, y las cajas de mecanismos.

Instalación de punto de luz

Instalación de conmutada de cruzamiento.


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Instalación de fluorescente.

Instalación de punto de luz Conmutado.

Instalación de timbre y una base de enchufe hembra con toma de tierra.

1.3.3. Esquema unifilar

Si se tiene en cuenta los tipos de esquemas anteriores, en el funcional, sólo nos fijamos en el funcionamiento y en el circuital en el cableado de los diversos mecanismos.

El esquema unifilar surge para paliar los inconvenientes que presentan los esquemas funcional y circuital, además de la necesidad de simplificar, tanto el número de cables como la simbología de los mecanismos utilizados en los mismos.

En un esquema unifilar los mecanismos se representan por su símbolo normalizado sin contactos y el cableado se representa por una sola línea en la cual se marcan una serie de trazos transversales que indican el número de cables que ha de haber dentro del tubo de protección.

Si el número de cables es igual o inferior a tres, se marcará los trazos, pero en caso de que el número de cables por el interior del tubo sea superior a tres, se marcará un solo trazo y aparecerá junto al mismo, una cifra numérica que indicará el número de conductores existentes en el interior del tubo protector.

Seguidamente se van a representar algunos de los esquemas circuitales que se han expuesto en el epígrafe anterior y junto a ellos aparecerán sus equivalentes unifilares, con el fin de poder compararlos y observar la sencillez del esquema unifilar.

Instalación de un punto de luz.

Instalación de un punto de luz

conmutado.

Instalación de una conmutada de

cruce (o cruzamiento).

Luminosos de neón.

En la actualidad se ha hecho bastante extensivo el empleo de tubos de neón para confeccionar rótulos

publicitarios de tipo luminoso.

Los tubos de neón basan su funcionamiento en las lámparas de descarga (producen un flujo luminoso, al hacer pasar una corriente eléctrica a través de un gas, encerrado éste, en una ampolla de vidrio o cuarzo) de baja presión y alta tensión.

El color del flujo luminoso que produzca el tubo dependerá del gas que encierre en su interior.

Esquema:


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Funcionamiento:

Los tubos de neón tienen un electrodo en cada uno de sus extremos, los cuales se conectan a un transformador que elevará la tensión de red de 220 voltios de corriente alterna, a una tensión acorde a la longitud de los tubos empleados, que generalmente oscila sobre un margen de entre 600 y 1.000 voltios por metro.

Al cerrar el circuito, la tensión aplicada al primario del transformador, será elevada a la tensión necesaria, en función.

1.3.4. Planos

Mediante la conjunción de una serie de circuitos simples como los vistos en los epígrafes anteriores, se podría realizar la

instalación de cualquier vivienda o local, y para ello el instalador electricista necesitará de un plano de situación, para poder

realizar una correcta ubicación de los elementos que van a conformar la instalación. De lo expuesto anteriormente, se puede

deducir que el plano de situación en sí no es realmente un esquema eléctrico.

El plano vendrá acompañado de una especificación de qué mecanismos accionan los distintos receptores, bien sean de iluminación o aparatos electrodomésticos (como puede ser, por ejemplo, un extractor de humos).

Con la representación del plano de una parte de una vivienda ficticia se dará por concluido el capítulo dedicado a la representación gráfica normalizada.

1.4 Conductores eléctricos Como las herramientas, también los conductores eléctricos (y, en general, las instalaciones eléctricas) están regulados por normativas. Aunque hay varias, las más aplicadas son: • Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (RBT). • Reglamento sobre Acometidas Eléctricas. • Reglamento de Verificaciones Eléctricas. • Normas Tecnológicas de la Edificación (NTE). • Normas UNE. • Normativa de la Unión Europea. • Normas particulares de las empresas suministradoras. En España se aplica la norma UNE, que regula y normaliza el sector eléctrico. Está regida por AENOR, que es la Asociación Española de Normalización y Certificación. El Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CENELEC) desarrolla proyectos de normalización del sector eléctrico para Europa. Son incorporados sistemáticamente al catálogo de AENOR. No obstante es el RBT, elaborado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología (R.O. 842/2002, de 2 de agosto), quien define de forma extensa y detallada las instalaciones eléctricas de baja tensión. Sus 51 Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC), BT-01 a BT-51, establecen qué condiciones técnicas y garantías deben reunir dichas instalaciones eléctricas. Recogen las obligaciones sobre instalaciones, materiales y equipos. Conforme avance el libro iremos incorporando la correspondiente normalización, según el tema que tratemos. Conductor Un conductor es un elemento capaz de transportar la energía eléctrica con la mínima dificultad de paso. Los mejores conductores son los metales, sobre todo el oro y la plata, pero debido a su alto coste se utilizan sólo en casos especiales. Los más usados en instalaciones Clasificación de los conductores Los conductores eléctricos se clasifican según tres criterios: el aislamiento, la forma o constitución del conductor y el número de conductores agrupados en un cable.


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Según su aislamiento Atendiendo a su aislamiento, los conductores se clasifican en: • Conductores desnudos. Cuando el conductor no dispone de ningún tipo de recubrimiento aislante. Se fabrican de cobre o aluminio, en forma de hilos, barras, perfiles o tubos. Por lo general, los hilos' se suelen utilizar en los tendidos eléctricos de alta tensión y las barras, perfiles o tubos, en instalaciones donde la corriente es muy elevada. • Conductores aislados. Cuando el conductor está cubierto por algún material aislante. Están destinados a instalaciones donde, por su configuración, resultaría muy difícil utilizar conductores desnudos, tanto por razones económicas como por la seguridad de las personas e instalaciones. Según su forma Según la forma o la constitución del conductor tenemos: • Cables flexibles. Son los formados por muchos conductores sin aislar de muy pequeño diámetro y arrollados en hélice. Sólo se fabrican de cobre (véase la Figura 1.28) eléctricas son el cobre y el aluminio, mucho más baratos. Fig. 1.28. Cables flexibles. • Cables rígidos. Hay dos variantes: - Formados por un solo conductor cilíndrico. Se fabrican con una sección máxima de 4 mm

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También se denomina hilo (véase la Figura 1.29). Figo 1.29. Cables rígidos. - Formados por varios conductores cilíndricos de mayor diámetro que el de los cables flexibles, arrollados en hélice y sin ningún aislamiento entre ellos. Se fabrican a partir de 6 mm

2 de sección (véase la Figura 1.30).

Fig. 1.30. Cable rígido. También existen conductores rectangulares, llamados pletinas. Se emplean en bobinados de máquinas grandes y en cuadros de maniobras y distribución, Tanto en flexibles como en rígidos nos encontramos con los cables multiconductores, que son los formados por varios conductores aislados entre sí y protegidos por una cubierta aislante, También se llaman mangueras. Según el número de conductores aislados Según cuántos conductores aíslan, los cables se llaman: • Unipolares. Están formados por un solo conductor, • Bipolares, Están constituidos por dos de ellos (véase la Figura 1,31 ). Fig. 1.31. Cable bipolar.

• Trípolares, Cuando están formados por tres conductores (véase la Figura 1.32). Fig 1.32. Cable tripolar. • Tetrapolares. Si están formados por cuatro conductores (véase la Figura 1.33), Fig. 1.34. Cable pentapolor. Fig. 1.33. Cable tetrapolar. • Pentapolares. Cuando están formados por cinco conductores (véase la Figura 1.34). • Multipolares. No se determina el número de conductores (véase la Figura 1.35). Fig. 1.35. Cable multipolor. Partes de un cable Dependiendo del tipo de cable, éste se puede dividir en una o en varias partes, como pueden ser: • Conductor. Se encarga de transportar la energía y está constituido por metales. Cubierta aislante. Impide el contacto directo de dos o más conductores próximos entre si. También el contacto con personas o animales. • Pantalla. Aisla el cable de los efectos electro· magnéticos. La pantalla debe estar


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conectada debidamente a tierra. • Cubierta metálica. Preserva los cables contra los golpes. • Cubierta exterior. Protege todo el conjunto de agentes atmosféricos, roedores, etcétera. Materiales aislantes En los cables, para aislar un solo conductor o varios entre sí, y para la cubierta exterior, se emplean numerosos materiales aislantes. Tales aislantes deben reunir unas características físicas, químicas y mecánicas acordes con su uso y lugar de instalación. Por ejemplo, habrá que tener en cuenta si el cable va a la intemperie o protegido bajo tubo, o si estará en contacto con ciertos productos corrosivos. Entre los aislantes más comunes podemos destacar: • Termoplásticos. Tienen la propiedad de ablandarse con el calor y solidincarse con el frío. Los más utilizados son el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno (PE). • Termoestables. No se alteran fácilmente por la acción del calor. Tienen gran dureza y resistencia mecánica. Destacan el polietileno reticulado (XLPE) y el polietileno clorosufurado (CSP). • Elastómeros. Son aislantes derivados del caucho y sus propiedades más importantes son la flexibilidad y elasticidad. Si se someten a vulcanizado se hacen termoestables: así, no se agrietan con el frío. Los más importantes son el caucho natural (NR), conocido como goma, y los cauchos sintéticos, como la goma butílica y la goma de etilenopropileno (EPR). • Esmaltes o resinas. Al calentarse se ablandan hasta alcanzar el estado líquido, por lo que se utilizan para tapar poros o para aislar conductores desnudos. Son empleados en la fabricación de bobinas y se aplican formando una capa muy nna. Identificación de cables según los colores de su aislamiento La ITC-BT-19 del RBT señala que los conductores de las instalaciones deben ser fácilmente identifica bles, especialmente el conductor neutro y el conductor de protección, mediante los colores de los aislamientos. Cuando exista conductor neutro en la instalación, o se prevea para un conductor de fase su pase posterior a conductor neutro, se identificarán mediante el color azul claro. El conductor de protección será verde-amarillo. Todos los conductores de fase, o en su caso, aquellos para los que no se prevea su pase posterior a neutro, se identificarán mediante los colores marrón o negro. Cuando se considere necesario identificar tres fases diferentes se utilizará también el color gris, como se muestra en las Figuras 1.36, 1.37 y 1.38.

Fig. 1.36. Identificación de las fases. Fig. 1.37. Identificación de fases y neutro.

Fig. 1.38. Identificación de fases, neutro y protección.

Designación de los cables El Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CENELEC) fija la normativa de denominación de cables para los países integrantes. Asigna a los cables el código de letras y números que a continuación se expone. Pero hay que realizar una división previa a la designación de cables: por un lado están los cables de aislamiento hasta 450/750 V y por otro, los cables de 0,6/1 KV en adelante. Cables de tensión asignada hasta 450/750 V Es el cable más usado en las instalaciones de interior. Las normas constructivas por la que se fabrican estos conductores, salvo casos especiales, son las UNE 21031, 21027, 21153 Y 211002, entre otras. Normativa y tensión asignada de cables Normalización H - Cable según normas armonizadas. A - Cable de tipo nacional autorizado por CENELEC. ES-N o ES - Cable de tipo nacional (no existe norma

armonizada). Tensión asignada: U,/U

U, - Referida a la tensión de aislamiento que existe

entre un conductor y la tierra. U - Referida a la tensión de aislamiento que existe

entre dos conductores similares. A efectos de la normativa vigente, la mayor de estas dos tensiones es la que tiene validez.

01 – l00/l00 V 03 - 300/300 V 05 - 300/500 V

07 - 450/ 750 V


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Constitudón del cable Aislamiento B - Goma de etileno-propileno. G - Etileno-acetato de vinilo. N2 - Mezcla especial de policloropreno. R - Goma natural o de estireno-butadieno.

S - Goma de silicona. V - Policloruro de vinilo (PVC).

V2 - Mezcla de PVC (servicio de 90º

V3 - Mezcla de PVC (servicio baja temperatura). V4 - Policloruro de vinilo (reticulado). Z - Mezcla reticulada a base de poliolefina, con baja

emisión de gases corrosivos y humos. Z1 - Mezcla termo plástica a base de poliolefina, con

baja emisión de gases corrosivos y humos.

Revestimientos metálicos C4 - Pantalla de cobre en forma de trenza, sobre el

conjunto de los conductores aislados reunidos. Cubierta y envolvente no metálica

B - Goma de etileno-propileno.

G - Etileno-acetato de vinilo. J - Trenza de fibra de vidrio. N - Policloropreno.

N4 - Polietileno clorosulfurado. N8 - Policloropreno especial. resistente al agua. Q - Poliuretano.

R - Goma natural o de estireno-butadieno.

S - Goma de silicona.

T - Trenza textil sobre conductos aislados reunidos. V - Policloruro de vinilo (PVC). V2 - Mezcla de PVC (servicio de 90 ').

V4 - Policloruro de vinilo (reticulado). V5 - Mezcla de PVC (resistente al aceite). Z - Mezcla reticulada a base de poliolefina, con baja

emisión de gases corrosivos y humos. Zl - Mezcla termoplástica a base de poliolefina, con

baja emisión de gases corrosivos y humos.

Elementos constitutivos y constructivos especiales Forma del conductor Ninguno - Cable redondo.

H - Cables planos, con o sin cubierta, cuyos conductores pueden separarse. H2 - Cables planos cuyos conductores aislados no pueden

separarse. H6 - Cables planos, que comprenden tres conductores aislados o más.

H8 - Cable extensible.

Aquí se incluye la clase o grado de flexibilidad.

-F - Flexible para servicios móviles (clase 5). -H - Extraflexible (clase 6). -K - Flexible para cables de instalación fija (dase 5).

-R - Rígido circular de vanos hilos (dase 2). -U - Rígido circular de un solo hilo (clase 1). -O - Flexible para uso en cables de máquinas de soldar.

-E - Muy flexible, para cables de máquinas de soldar.

Número de conductores y sección nominal Se indica el número de conductores, seguido del signo de multiplicar, más la sección nominal del conductor en mm'. Si el cable lleva incorporado conductor de protección (amarillo/verde), se sustituye el signo de multiplicar por la letra G. Una manguera con tres conductores de fase, de 2,5 mm' de sección y conductor de protección. Se representará: 4 G 2,5 Ejemplos: Una manguera con tres conductores de fase, de 2,5 mm2 de sección. A continuación representamos diferentes tipos de conductores con su correspondiente denominación, para así ver las diferentes características. No se expresa el número de conductores ni su sección, ya que mostramos uno cualquiera de la gama de fabricación. Se representará: 3 x 2,5 Cables de tensión asignada 0,6/1 KV Estos cables también aparecerán en el libro, aunque en menor medida que los expuestos para tensión asignada hasta 750 V, en instalaciones de acometidas de viviendas, de alumbrado exterior o en locales de pública concurrencia, tal y como se recoge en las diferentes instrucciones complementarias del RBT, existen algunas discrepancias y contradicciones, ya que el mismo código puede tener significados distintos según se trate de un cable de 450/750 Vade 0,6/1 KV. Las normas de fabricación para estos conductores son las UNE 21123 Y 21030 Y la UNE-HD 603, entre otras. Tipo constructivo Como estos cables eléctricos no están armonizados, no Aislamiento existe una norma general de designación. No obstante recogemos a continuación los códigos más usados por los fabricantes y suministradores (Pirelli, Draka, IBK, entre otros) para designarlos, teniendo en cuenta que: V - Policloruro de vinilo (PVC). R - Polietileno reticulado (XLPE). D - Etileno propileno (EPR). Z1 - Poliolefina termo plástica libre de halógenos. Protecciones metálicas O - Pantalla sobre el conjunto de los conductores aislados cableados. F - Armadura de flejes de acero. FA - Armadura de flejes de aluminio o de aleación de aluminio. M - Armadura de alambres de acero galvanizado. Tabla 1.1. Secciones norma/izadas utilizadas


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MA - Armadura de alambres de aluminio o de aleación en instalaciones interiores. de aluminio. Cubierta intermedio y/ o exterior V - Policloruro de vinilo (PVC). N - Policloropreno (PCP). Z1 - Poliolefina termoplástica libre de halógenos. RH - Resistente a hidrocarburos. Tensión nominal Se expresa en KV y designa los valores U0/U. Número de conductores y sección nominal Se indica en número de conductores seguido del signo de multiplicación x, más la sección nominal del conductor en mm

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• Por último, se representa la naturaleza del conductor mediante el símbolo AL si es de aluminio, o ningún símbolo si es de cobre. Otros tipos de conductores Además de los expuestos existen otros muchos cables especiales para otros campos: telecomunicaciones, telefonía, informática, fibra óptica, sonorización, etcétera. Elección de un conductor A la hora de elegir un conductor, habrá que tener en cuenta qué factores intervienen en la instalación, como por ejemplo, cuál será su uso y sus condiciones de trabajo, el tipo de montaje, las circunstancias climatológicas, el riesgo de incendio, etcétera. Por lo tanto, a lo largo del texto se estudiará, para cada caso, y siempre teniendo en cuenta lo que nos marque la normativa al respecto, el tipo de cable que debemos usar.

SECCIONES NORMALIZADAS DE CONDUCTORES EN mm2

0,5 0,75 1 1,5 2,5

4 6 10 16 25

35 50 70 95 120

150 185 240 300

Tabla 1.1 Secciones normalizadas utilizadas en instalaciones interiores. La sección de los conductores está justificada si pensamos que cada instalación precisa de valores de corriente eléctrica distintos según su utilización. No es lo mismo alimentar eléctricamente una lámpara que una cocina eléctrica; cada elemento precisará de un conductor de diferente sección para ser alimentado. Los conductores, al ser recorridos por la corriente eléctrica, aumentan de temperatura. Además, cuanto mayor es el valor de la corriente que circula por ellos, mayores el calentamiento y antes puede deteriorarse o averiarse el circuito. Sería fácil comprender este razonamiento con un símil hidráulico: suponiendo que el conductor es una tubería y la corriente eléctrica el agua que circula por ella, si el caudal de agua aumenta hasta valores superiores a los que la tubería puede transportar, ésta termina por romperse. De lo expuesto nace un nuevo concepto: la densidad.

Para cada tipo de instalación suelen fijarse los valores máximos de corriente eléctrica que puede circular. La densidad de corriente admisible depende de varios factores. Conviene señalar, entre ellos, los siguientes: • Los hilos desnudos pierden más fácilmente el calor que los hilos aislados; por consiguiente, soportan mayor densidad de corriente.

• Si duplicamos la sección del conductor, el radio de éste aumenta veces. Las limitaciones están recogidas en el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. Sección de los conductores Si analizamos el apartado anterior, podemos deducir que se fabrican conductores de diferentes secciones y que estos valores están normalizados. La Tabla 1.1 expone los valores nominales normalizados más frecuentes en las instalaciones interiores. Evidentemente, hay otros por debajo y por encima de éstos. El RBT, en su instrucción nº 19 (ITC-BT-19), recoge los valores de las intensidades de corriente máximas admisibles para estos conductores, teniendo en cuenta una temperatura ambiente de 40º C y los distintos métodos de instalación, agrupamiento y tipo de cable, tal y como se muestra en la Tabla 1.2. En los agrupamientos conviene aclarar que se refiere a «circuitos monofásicos) en las expresiones «2x..», independientemente de que lleve conductor de protección, y a «circuitos trifásicos), para las expresiones «3x..», independientemente de que lleve el conductor neutro y/o el conductor de protección, como ocurre en las mangueras de 4 o 5 conductores. No obstante, en la norma UNE 20460-5-523 y en su anexo nacional se recogen todos los valores de las intensidades máximas

Densidad de corriente es el cociente que resulta del valor de la intensidad de corriente eléctrica que recorre un conductor dividido por la sección geométrica del mismo.


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admisibles.


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Tema 2

Introducción a los circuitos eléctricos 2. Nociones Básicas. 2.1Teoría electrónica Cualquier átomo está constituido por un núcleo, compuesto, por protones y neutrones; en torno a dicho núcleo giran los electrones, de forma similar a como lo hace la Tierra alrededor del Sol El protón tiene carga positiva, y el electrón, carga negativa. En un átomo eléctricamente neutro, el número de protones es igual al número de electrones, como muestra la Figura 2.1. Si un átomo pierde electrones, queda electrizado o cargado positivamente; si, por el contrario, los adquiere, queda cargado negativamente. De todos es conocido el fenómeno de electrización por frotamiento, por el que podemos observar que si frotamos dos cuerpos (por ejemplo, un trozo de vidrio con un trapo de seda) ambos adquieren la propiedad de atraer cuerpos ligeros: partículas de serrín, trocitos de papel, etcétera. Esta propiedad recibe el nombre de electrización, y decimos que los cuerpos que la han adquirido se encuentran electrizados o, lo que es lo mismo, que están cargados de electricidad. Así, al frotar un trozo de vidrio con un paño de seda, éste toma electrones que le cede el vidrio. y ambos cuerpos quedan electrizados: el vidrio con carga positiva y la seda con carga negativa. Esta experiencia demuestra que los átomos se pueden electrizar adquiriendo o cediendo electrones. Los cuerpos serán conductores o aislantes según los electrones pasen o no a través de ellos. Un conductor permite que los electrones se propaguen fácilmente a través de él, mientras que un aislante no. Por tanto, diremos que la unidad elemental de carga eléctrica es el electrón. 2.1.2. Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el desplazamiento de electrones en un conductor. Todos los átomos tienden a quedar en estado eléctricamente neutro; así, si se ponen en contacto dos cuerpos, uno cargado con exceso de electrones y otro con defecto, Se establecerá entre ellos un intercambio de electrones hasta que Se igualen eléctricamente, tal y como se representa en la Figura 2.2. Fig. 2.1. Estructura del átomo.

La corriente eléctrica es el

origen de la energía eléctrica. El sentido convencional de la corriente eléctrica es el contrario al del movimiento de los electrones, esto es, de + a -. Fig. 2.2. Desplazamiento de electrones. 2.1.3. Circuito eléctrico El circuito eléctrico es el camino por el que se desplazan los electrones. Para que sea más fácil de comprender, vamos a establecer un paralelismo entre un circuito hidráulico y uno eléctrico. Circuito hidráulico Dos recipientes A y B se encuentran a distinto nivel o altura, unidos por un tubo C (véase la Figura 2.3). Se establecerá una corriente de agua desde el depósito más alto hacia el situado más abajo, hasta que desaparece el desnivel h. Así como la corriente de agua se ha producido por la diferencia de nivel existente entre los depósitos A y B, la corriente eléctrica se establece por la diferencia de potencial eléctrico existente entre dos puntos de distinto nivel eléctrico, unidos ambos por un conductor.

Fig. 2.3. Circuito hidráulico. Fig. 2.4. Circuito hidráulico cerrado.


18

Circuito cerrado En un circuito hidráulico, para mantener la circulación del agua de forma continua se precisa una bomba hidráulica que la eleve desde el depósito B al depósito A (véase la Figura 2.4). El agua, en su recorrido descendente, produce un trabajo al mover las paletas de la turbina, al igual que harían las piedras de un molino. En un circuito eléctrico (véase la Figura 2.5), si deseamos que los electrones estén en continuo movimiento para que se produzca una corriente eléctrica (al igual que el agua en el circuito hidráulico) será preciso colocar un dispositivo que, de forma similar a la bomba centrifuga, mantenga constante la diferencia de nivel eléctrico entre los extremos del circuito. Dicho dispositivo o máquina es el

generador G, que proporciona el desnivel eléctrico, esto es, la diferencia de potencial eléctrico (d.d,p.) entre los extremos del circuito por medio de la fuerza electromotriz interna del generador (f.e.m .). Gracias a ésta los electrones están en continuo movimiento a través del circuito, produciendo durante su recorrido un trabajo debido a la energía que éstos llevan como consecuencia de dicho movimiento. En este ejemplo, transforman la energía eléctrica en energía mecánica al hacer girar el motor M. Fig. 2.5. Circuito eléctrico.

Comparación entre ambos circuitos Compararemos ambos circuitos a partir de la Tabla 2,1. • Una bomba hidráulica de mayor tamaño podrá desplazar el agua a una altura más elevada, es decir, conseguirá mayor desnivel. • Un generador mayor proporcionará más fuerza electromotriz (f.e.m.) y, por tanto, una diferencia de potencial (d.d,p.) más elevada. • La turbina proporciona un trabajo mecánico en su eje al ser movida por el agua. • El motor proporciona un trabajo mecánico en su eje al ser atravesado por los electrones en su recorrido. • Una tubería de mayor sección puede transportar más agua y producir mayor trabajo con menos pérdidas. • Un conductor de mayor sección puede transportar más electrones y. por tanto, más energía con menos pérdidas,

Circuito Hidráulico Circuito Eléctrico

Bomba hidráulica Interruptor

Turbina Motor

Válvula Generador

Tubería de agua Conductor eléctrico

Diferencia de nivel Diferencial de potencial

La válvula permite o interrumpe el paso del agua.

El interruptor deja pasar o interrumpe la corriente.

Para que circule el agua, la válvula debe estar abierta .

Para que circule la corriente, el interruptor debe estar cerrado.

2.2 Magnitudes eléctricas Fuerza electromotrlz (f,e.m,) Es la causa que origina el movimiento de los electrones en todo circuito eléctrico. Su unidad es el voltio (V). Diferencia de potencial Id.d.p.) o tensión También se conoce como tensión eléctrica y como voltaje. Es el desnivel eléctrico existente entre dos puntos de un circuito. Su unidad es el voltio (V). Se mide con el voltímetro y se representa con la letra U. Cantidad de electricidad (Q) Es el número de electrones que recorren un conductor que une dos puntos de distinto nivel eléctrico en un circuito. Como la carga del electrón tiene un valor muy pequeño, la unidad que se emplea es el culombio (C). Intensidad de corriente (t) Es la cantidad de electricidad que atraviesa un conductor en la unidad de tiempo (1 s). Su unidad es el amperio (A), que equivale a la intensidad de una corriente que transporta en cada segundo un culombio de cantidad de electricidad. Se mide con el

La energía eléctrica se manifiesta en un circuito por un conjunto de magnitudes, como son: fuerza electromotriz, diferencia de potencial o 'tensión, cantidad de electricidad, intensidad de corriente, resistencia y densidad.


19

amperímetro.

Siendo: I= intensidad de corriente Q = cantidad de electricidad t = tiempo

A = amperio C=culombio s = segundo

Resistencia (R) Es la dificultad que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Se representa con la letra R y su unidad es el ohmio (O). Se mide con el óhmetro. Dicha dificultad responde a la atracción que crean los núcleos atómicos sobre los electrones cuando

se desplazan por un material. Cada material posee una resistencia específica característica que se conoce con el nombre de resistividad. Se representa por la letra griega ρ (ro), y se define como la resistencia de un cilindro de ese material que tiene 1 mm' de sección y 1 m de longitud. Luego la resistividad vendrá dada en Ω mm

2/m.

Tabla 2.2. Resistividad de algunas materiales.

En la Tabla 2.2 se representan los valores de la resistividad, a 20º C, de algunos materiales empleados como conductores eléctricos. Por tanto, la resistencia R de un conductor expresada en Ω depende directamente de su resistividad ρ, de su longitud t en metros, y es inversamente proporcional a su sección S en mm

2.

Por ello, la resistencia de un conductor puede expresarse:

Densidad de corriente Es la relación existente entre el valor de la intensidad de corriente eléctrica que recorre un conductor y la sección geométrica de éste. Por tanto, la densidad de corriente eléctrica es el número de amperios por milímetro cuadrado (A/mm

2) y se representa por la

letra griega (delta). No existe un aparato específico para su medición. Para determinar la densidad de corriente es preciso conocer los valores de la intensidad de corriente que recorre el circuito y la sección del conductor.

Influencia de la temperatura en la resistencia Experimentalmente se puede comprobar que la resistencia de un conductor varía cuando lo hace su temperatura. Al ir aumentando grado a grado la temperatura de un conductor, va creciendo el valor de su resistencia de forma constante. Esta variación se llama coeficiente de temperatura, que es un valor específico para cada material, como se puede comprobar en la Tabla 2.3. Por lo tanto, siendo Ri la resistencia inicial de un conductor, u el coeficiente de temperatura y ∆T el incremento de temperatura alcanzada por dicho conductor, tenemos que el valor de la resistencia final Rf como consecuencia de la elevación de la

Material Resistividad, a 20º C( Ω mm

2/m)

Plata (Ag) , 0,016

Cobre (Cu) 0,0172

Aluminio (Al) 0,028

Estaño (Sn) 0,13

Mercurio (Hg) 0,95

Hierro (Fe) 0,12

Tungsteno (W) 0,055

Nicron Ni·Cr (80·20) 1,09

Caso Práctico Halla la intensidad de corriente que habrá circulado por un conductor si en una hora ha transportado 10000 culombios.

Solución t=1 hora=3600s

Caso Práctico

Halla la resistencia de un conductor de cobre de 1000 m de longitud, y de 2,5 mm2 de sección.

Solución

La resistividad del cobre es 0,0172 a mm2/m (Tabla 2.2):

= 6,88

Caso Práctico

Halla la densidad de comente de un conductor que tiene una sección de 4 mm2y es recorrido por una corriente de 38A.

Solución

Caso Práctico

Halla el valor de la resistencia que alcanza un conductor de aluminio, a 20ºC tiene 3 , si lo calentamos hasta 140ºC.

Solución

Según la Tabla 2.3, el coeficiente de temperatura del aluminio es de 0,0044.

Como el incremento de temperatura (Ar) ha sido de 120º C: Rf = Ri(1+ἀ∆T) = 3 . (1+ 0,0044 x 120) = 4,584


20

temperatura será: Rf = Ri (1+ἀ∆T) 2.3 Ley de Ohm En 1826 el físico George Simon Ohm descubrió experimentalmente la relación que existe entre estas tres magnitudes eléctricas: la intensidad (I), la tensión (U) y la resistencia (R). Estableció una ley que lleva su nombre y que dice así:

Es decir, si un circuito sometido a una tensión o d.d.p.de un voltio ofrece una resistencia de un ohmio, circulará por él una intensidad de un amperio la Figura 2.6 nos muestra el circuito eléctrico básico, compuesto por una pila o batería, que crea la diferencia de potencial, y un elemento resistivo R como carga. El voltímetro, V, se encarga de medir el valor de la tensión del circuito, y el amperímetro I, la intensidad de corriente, que circula por él.

Fig. 2.6. Circuito eléctrico básico.

I = intensidad de corriente medida por el amperímetro U - tensión medida por el voltímetro R = resistencia ofrecida por el receptor

A = amperio V = voltio Ω = ohmio

De esta expresión de la ley de Ohm puede deducirse que el valor de la tensión será:

Y que el valor de R será:

2.4 Potencia eléctrica

En un circuito eléctrico la potencia es igual al producto de la tensión por la intensidad. Su unidad es el vatio (W) y corresponde al trabajo que realiza un circuito eléctrico, entre cuyos extremos existe una d.d.p. de un voltio y es recorrido por una intensidad corriente de un amperio, durante un segundo. Para medir la potencia eléctrica, se utiliza el vatímetro. Sus múltiplos son el kilovatio (1 kW ~ 1 000 W) y el megavatio (1 MW ~ 1 000 000 W). Siendo: P = potencia U = tensión I = intensidad

W = vatio V = voltio A = amperio

La potencia mecánica de las máquinas se puede indicar en otra unidad, denominada caballo de vapor, que se representa por CV. La relación existente entre esta unidad y el vatio es la siguiente: 1 CV = 736 W = 0,736 kW Inversamente, resulta: 1 kW = 1,36 CV Al combinar la fórmula de la potencia con la fórmula de la ley de Ohm, se pueden obtener las siguientes expresiones de la potencia

En un circuito eléctrico, la intensidad de corriente que lo recorre es directamente proporcional a la tensión aplicada entre sus extremos, e inversamente proporcional a la resistencia de dicho circuito.

Caso Práctico

Halla la intensidad de corriente qué circula por un circuito eléctrico, sabiendo que está sometido 'aúna diferencia de potencial (d.d.p.) o tensión de 230 V y

ofrece una resistencia al paso de corriente de 46 .

Solución

Caso Práctico

Halla el valor de la diferencia de potencial que habrá que aplicar a un circuito eléctrico, que tiene una resistencia de 5 , para que sea recorrido por una

intensidad de corriente de 25A.

Solución U = RI = 5 . 25 = 125 V

Caso Práctico

Halla el valor de la resistencia eléctrica de una estufa para que, conectada a una red con una tensión de 230 V, sea recorrida por una intensidad de corriente de

5 A.

Solución

La potencia eléctrica es la cantidad de trabajo desarrollado en la unidad de tiempo


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eléctrica: La Figura 2.7 analiza las diferentes formas de expresar la ley de Ohm, según conozcamos unos datos u otros.

Fig. 2.7. Resumen de fórmulas derivadas de la ley de Ohm.

2.5 Energía eléctrica

Para calcular el trabajo o energía que desarrolla un aparato o máquina eléctrica, es necesario conocer, además de la potencia utilizada, el tiempo durante el cual actúa. La unidad de energía es el julio (J), que equivale a la energía consumida por un circuito eléctrico de un vatio de potencia durante un segundo.

E = energía P = potencia t = tiempo

J = julio W = vatio s = segundo

Esta unidad es muy pequeña, por lo que se emplea otra de valor más elevado, llamada kilovatio-hora (klVh), que equivale a la energía consumida por un circuito eléctrico de un kilovatio de potencia durante una hora. 1 kWh = 1000 W . 3600 s = 3.6 . 10

6J

Otras formas de expresar la energía Partiendo de la expresión de la energía E = Pt. se pueden obtener otras tres diferentes expresiones si sustituimos la potencia por sus diferentes valores:

Para medir la energía eléctrica se usa el contador eléctrico, aparato que relaciona la potencia y el tiempo.

Energía es el trabajo desarrollado en un circuito eléctrico durante un tiempo determinado.

Caso Práctico

Halla la energía consumida por una estufa de 2 000 W que funciona 8 h diarias durante un mes.

Solución

t = 30 días· 8 horas/ día = 240 horas

E = Pt = 2 kW . 240 horas = 480 kWh

Caso Práctico Halla la potencia que consume un receptor eléctrico, sabiendo que tiene una resistencia de 23 ohmios y que es recorrido por una corriente de 10

amperios.

Solución 1 Solución 2

P = VI = 230 V . 10 A ~ 2 300 W = 2,3 kW P= RI2 = 23 Ω . (10 A)

2 ~ 2 300 W = 2,3 kW

U = RI = 23 Ω . 10 A ~ 230 V

Coste de la energía

El coste de la energía vendría determinado por el precio unitario de un kW y del consumo total de energía, siendo:

C = coste de la energía consumida en euros

E= energía consumida

Pu = precio en € del kW


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2.6 Acoplamiento de receptores A continuación vamos a analizar las características de los distintos circuitos eléctricos, en función de las diferentes formas de conectar los receptores (lámparas, resistencias, etc.). Según este criterio, los circuitos pueden ser de tres tipos: en serie, en paralelo y mixto. 2.6.1 Características del circuito serie Varios receptores están conectados en serie cuando el final de uno está unido con el principio del siguiente, y así sucesivamente,

como muestra la Figura 2.8. Fig. 2.8. Circuito serie.

Intensidad total (It) Todos los receptores están recorridos por la misma intensidad, puesto que sólo hay un camino para su recorrido: luego: It= constante Resistencia total (Rt) En todo circuito serie, la resistencia total es la suma las resistencias parciales Rt = R1+R2+R3+…Rn Tensiones parciales y tensión total Cada tensión parcial será la tensión aplicada a los extremos de la correspondiente resistencia o receptor. Por lo tanto, aplicando la ley de Ohm, la tensión parcial vendrá determinada por el valor de la resistencia de dicho elemento multiplicado por el valor de la intensidad que lo recorre. U1 = RI; U2 = Rl; U3= Rl,; Un= RI La tensión total es la suma de las tensiones parciales. UT = UT + U2 = U3 +… Un Conocidos los valores de lt y Rt, la tensión total será: UT =RIt Potencias parciales y potencia total La potencia parcial de cada receptor vendrá determinada por el valor de la tensión parcial y de la intensidad que recorre dicho receptor. Por lo tanto: P1 = U1.l1 P2 = U2.l2 P3 = U3.l3 Pn = Un.ln La potencia total es la suma de las potencias parciales.

PT = PT + P2 = P3 +… Pn O bien, la expresión conocida: Pt = Ut.lt Fig.2.9. Circuito paralelo

2.6.2 Características del circuito paralelo Varias resistencias están acopladas en paralelo, cuando los extremos de todas ellas se encuentran unidos eléctricamente a dos puntos; los principios a un punto y los finales a otro, tal como muestra la Figura 2.9. Tensión total Puesto que los extremos de los receptores están unidos a dos puntos, sólo hay una tensión en el circuito para todos los receptores. Intensidades parciales e Intensidad total La intensidad I, se reparte en tantas intensidades parciales como ramas en paralelo existan. Así en la Figura 2.9 se puede comprobar que la It, se divide en I1, I2,e It. El valor de cada una de ellas va a depender del valor de la resistencia que tenga que

Caso Práctico

Halla el coste del caso práctico anterior suponiendo que el precio del kWh sea de 0,10 €

Solución

C= EPu = 480 kWh 0,10 (/ kWh = 48€


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atravesar y de la tensión a la que está sometida dicha resistencia, que en este caso es tensión total. Así pues, tenemos que: In=Ut/Rn La intensidad total será igual a la suma de todas ellas, It = I1 + l2 + I3 + ... + In O bien, la expresión conocida: Resistencia total o equivalente Se llama resistencia total o equivalente del conjunto de varias resistencias en paralelo, al valor de una resistencia que produzca los mismos efectos que todas las resistencias del conjunto. Se demuestra que el valor de la resistencia total o equivalente es menor que la más pequeña de todas las resistencias. La fórmula para el cálculo es la siguiente:

Mediante la expresión anterior se demuestra que, cuando sólo hay dos resistencias, el valor de la resistencia total es igual al producto de ellas dividido por su suma.

Se puede ver con facilidad que cuando todas las resistencias son iguales, el valor total es igual al valor de una de ellas, dividido por el número de resistencias iguales. Potencias parciales y potencia total La potencia parcial de cada receptor vendrá determinada por el valor de la tensión total y de la intensidad que recorre dicho receptor. Por lo tanto: P1 = U1.l1 P2 = U2.l2 P3 = U3.l3 Pn = Un.ln La potencia total es la suma de las potencias parciales. PT = PT + P2 = P3 +… Pn O bien, la expresión conocida: Pt = Ut.lt 2.6.3 Características del circuito mixto El circuito mixto está formado por asociaciones de resistencias conectadas en serie o en paralelo, y éstas, a su vez, se encuentran conectadas con otras asociadas en paralelo o en serie. En la Figura 2.10 podemos observar un circuito mixto serie-paralelo, ya que disponemos de tres asociaciones de resistencias en serie: R1, R2, R3, R4, R5 y R6 que a su vez están acopladas en paralelo entre ellas.

Fig.2.10. Circuito mixto serie-paralelo. Fig. 2.11. Circuito mixto paralelo-serie. En la Figura 2.11 podemos observar un circuito mixto paralelo-serie, ya que disponemos de dos asociaciones de resistencias en paralelo: R1, R2, R3, y otra R4, R5 y R6 que a su vez están en serie entre ellas. Para calcular las distintas magnitudes en un circuito como éste, se ha de descomponer en circuitos elementales a los que se les deben aplicar los criterios del circuito serie o paralelo, según su conexionado, Para simplificar el circuito de la Figura 2.10, primero se hallan las resistencias equivalentes de R1, R2, R3 y R4, R5 y R6.Así se reduce a un circuito paralelo (Figura 2.12). La solución sería: Req1-2= R1 +R2 Req3-4,= R3+ R4, Req5-6 = R5 +R6 A continuación se resuelve dicho circuito paralelo obteniéndose la resistencia total (Rt,). Fig. 2.12. Reducción a circuito paralelo.

Para la resolución del ejercicio de la Figura 2.11, primero se hallan las resistencias equivalentes de los circuitos elementales, quedando estos circuitos conectados en serie, como muestra la Figura 2,13.

La resistencia total o equivalente de un conjunto de circuitos en paralelo es igual al valor inverso de la suma de los valores inversos de las resistencias de los diferentes circuitos en paralelo.


24

Fig. 2.13. Reducción a circuito serie.

Finalmente se obtiene la resistencia total (Rt ). Para el cálculo de los valores parciales y totales de intensidad, tensión y potencia se tendrán en cuenta los criterios estudiados para el circuito serie y paralelo.

Caso Práctico

Fig.2.14. Circuito con tres resistencias en serie .

Dado el circuito de la Figura 2.14, con estos datos:

U =230 V, R1= 3, R2= 7 , R3=10

Queremos saber: Rt, It, U1, U3, P1, P2, P3, Pt

Solución

R1 = R1 + R2 + R3 = 3+7+

U1 = R1It = 3 .11,5 A = 34,5 V

U2 = R2It = 7 .11,5 A = 80,5 V

U3= R3It = 10 .11,5 A =115 V

UT = UT + U2 = U3 = 34,5 + 80,5 +115 + 230 V

P1 = U1.lt = 34,5V .11.5 A =396,75 W P2 = U1.lt = 80,5V .11.5 A =925,75 W

P3 = U3.lt = 115 V . 11.5 A-1322,5 W

PT = PT + P2 = P3 =396,75 + 925,75 + 1322,5 = 2645 W

Otra forma: Pt = Ut.lt =230 V . 11,5 A 0 2645 W

Caso Práctico

El circuito de la Figura 2.15 tiene estos datos:

VT =230 V; R1 = 20 ; R2= 30 Ω; R3= 60 .

Calcula: Rt, It, U1, U3, P1, P2, P3, Pt

I1=Ut/R2 I1=230 V/30 = 7,66 A I2=U1/R1 I1=230 V/20 = 11,5 A I3=Ut/R3 I3=230 V/60 = 3,83 A

P1 = Ut.l1 = 230 V .11.5 A =2645 W P2 = Ut.l2 = 230V .7,66 A = 1762 W P3 = Ut.l3 = 230 V . 3,83 A= 881 W PT = Ut.lT = 230 V .23=5290 W

Otra forma de hallar la It, y la Pt,:

It = I1 + l2 + I3 = 11,5 + 7,66 + 3,83 = 22,99 = 23 A

PT = PT + P2 = P3 =2645 + 1762+ 881 = 5290 W


25

2.6.4 Aplicación de la ley de Ohm con lámparas incandescentes Una lámpara incandescente, cuyo estudio se realiza en otra unidad, se comporta como una resistencia a efectos de cálculo; sin embargo, debemos tener en cuenta que el valor de resistencia que tomaremos será el de funcionamiento en caliente, que difiere de su valor en frio, como se vio en el Apartado 2.2 al hablar de la influencia de la temperatura en una resistencia, Cuando observamos las características de una lámpara incandescente, los datos que nos ofrece el fabricante generalmente son la tensión a la que hay que conectarla y su potencia; por ejemplo, 230 V/ 60 W. Esta expresión significa que para que la lámpara en cuestión nos dé una potencia de 60 W, debe estar conectada a una red de 230 V.

Partiendo de estos datos y aplicando la ley de Ohm, podemos calcular los valores de la intensidad y de la resistencia. Una vez conocido el comportamiento de una lámpara incandescente, analizamos su comportamiento dentro de los diferentes tipos de acoplamientos.

Caso Práctico

Fig. 2.16 Dos resistencias en paralelo con una en serie.

En el esquema de la Figura 2.16 conocemos los siguientes datos:

It =20 A, R1= 3, R2= 6 , R3=4

Calcula los valores de resistencias, tensiones, intensidades y potencias totales y/o parciales que desconocemos (circuito completo).

R eq1-2 =

=

=

=2

R t = R eq1-2 + R3 = 2+4= 6

Ut= Rt.It = 6 .20 A =120 V

U2 = R3.It = 4 .20 A = 80 V U1 = Ut - U2 = 120- 80 =40 V

P1 = Ut.l1 = 40 V .13, 33 A =533 W P2 = Ut.l2 = 40V .6,66 A = 266 W P3 = Ut.l3 = 80 V . 20 A= 1600 W PT = Ut.lT = 120 V .20 A=2400 W

Si sumamos las potencias parciales, observamos que nos da 2399 W ≈2 400 w

Caso Práctico

En el esquema de la Figura 2.17 conocemos los siguientes datos:

Fig. 2.17. Das resistencias en serie con una en paralelo. Ut = 100 V; R1 = 30 ; R2 = 40 R, R3 = 20

Calcula los valores de resistencias, tensiones, intensidades y potencias totales y/o parciales que desconocemos (el circuito completo).

Solución

R eq2-3 = = 40 + 20 =60 It= Ut/Rt It=100 V/20 = 5 A I1= Ut/R1 I1=100 V/30 = 3,33 A I2= Ut/ R eq2-3 I2=100 V/60 = 1,66 A

R eq2-3 =

=

=

=20

U1 = R2I2 = 40 .1,66 A = 64,4 V U2 = R3I2 = 20 .1,66 A = 32,2 V

P1 = Ut.l1 = 100 V .3, 33 A =333 W P2 = U1.l2 = 66,4V .1,66 A = 110 W P3 = U2.l2 = 33,2 V . 1,66 A= 55 W PT = Ut.lT = 100 V .5 A=500 W

Caso Práctico

Una lámpara incandescente, conectada a una red de 230 V, es de 230 V/60 W. Calcula el valor de 'su resistencia en caliente y la intensidad de corriente

que circula por ella.

Solución

Aplicando la ley de Ohm, la expresión' que nos relaciona la resistencia. con la tensión y la potencia es:

RL =

=230

2 /60W = 822

El válor de la intensidad se puede deducir de la expresión:

It =

=

= 0.26 A

O bien:

It= Ut/Rt It= 230V/ 822 = 0.26 A

Si conectamos la lámpara a una tensión mayor que aquélla para la que está construida, se deteriorara el filamento (se fundirá).

Si, por el contrario, la conectamos a una red de menor tensión, funcionara pero su potencia disminuirá porque también se reduce la intensidad de

corriente que circula por ella. No ocurre así con el valor de su resistencia, ya que éste depende del diseño constructivo del filamento, el cual no varía, o varía tan poco que dicha variación se desprecia.


26

Si en el caso práctico anterior conectamos la lámpara a una red de 150 V, tenemos que el valor de su resistencia no varía, pero sí lo hace la intensidad.

It= Ut/RL It= 150V/ 822 = 0.17 A

con lo que el valor de su potencia seria:

P= UI= 150 V· 0,17 A = 25,5 W

Lo que demuestra que la potencia disminuye en relación directa con la tensión.

De dos lámparas construidas para la misma tensión, tiene mayor resistencia eléctrica la de menor potencia.

Efectivamente, calculemos el valor de la resistencia de una lámpara de 230 V/ l00 W.

R =

=230

2 /100W = 529

Observamos que su valor es inferior a los 882 de la lámpara de 60 W.

Como consecuencia, el valor de la intensidad será mayor cuanto mayor sea la potencia de la lámpara, por tanto, para la lámpara de 100 W valdrá:

I= P/U= 100W/230V = 043 A

superior a los 0,26 A de la lámpara de 60 W.

Caso Práctico

En la figura 2.18 se representa un circuito de dos lámparas en serie conectadas a una red de 230 V. con las características siguientes:

L1=230 V/40 W

L2= 230 V/100 W

Fig. 2.18. Circuito de dos lámparas en serie.

Calcula los valores del circuito completo.

Solución:

Rl1 =

=

Rl2 =

=

Al estar en serie, la resistencia total será:

Rt= Rl1 + Rl2 =1322.5 + 529 = 1851.5

It =

=

= 0.124 A

Conocida la intensidad que recorre las dos lámparas las tensiones a las que queda sometida cada una serán:

UL1 = RL1 x It = 1322.5 . 0.124 A = 164 V

UL2 = RL2 x It= 529 . 0.124 A = 65.6 V

Se puede comprobar que la suma de las tensiones parciales será igual a la tensión total:

UT= UL1 + UL2 = 164 V + 65.6 V = 229.6 ~ 230 V

Al no estar las lámparas sometidas a su tensión nominal los valores de las potencias tampoco son los nominales.

PL1 = UL1.I1 = 164 V x 0.124 A = 20.3 W

PL2 = UL2. I2 = 65.6 V x 0.124 A = 8.l W

Pt = PL1 + PL2 = 20.3 + 8.l = 28.4 W

De las dos lámparas. ¿cuál nos dará mayor potencia? o lo que es lo mismo. ¿cuál iluminará más?

Observando el cálculo anterior vemos que la lámpara L1 nos da una potencia de 20.3 W y la lámpara L2 una potencia de 8.l W. con lo que se demuestra

que la lámpara de menor potencia en este caso la L1, con 40 W. nos da una mayor potencia luminosa cuando está conectada en serie con otra de mayor

potencia.

En conclusión, la lámpara de mayor potencia será la que menos iluminación nos proporcione.

Esto se debe a que la lámpara de mayor potencia. al tener una resistencia menor, queda sometida a una tensión más pequeña, en este caso a 65.6 V.

con lo que su rendimiento es muy inferior al nominal que es el que se obtendría si la lámpara estuviese sometida a 230 V.

Caso Práctico

En la Figura 3.19 se representa un circuito de dos lámparas en paralelo, conectadas a una red de 230 V, con las características siguientes: .: L1=230 V/40 W

L2= 230 V/100 W


Fig. 2.19. Circuito de dos lámparas en paralelo.

Solución Al ser las mismas lámparas del caso práctico anterior, los valores de sus resistencias se consideran los mismos, es decir: Rl1 = 1322,5 Ω

Rl2 = 529 Ω

Al estar en paralelo, el valor de la resistencia total será:


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RL =

=378 Ω

Las dos lámparas están sometidas a la tensión total, con lo que las intensidades parciales y total valdrán:

I1 =

=

= 0,174 A

UL1 =

=

= 0,434 A

It =

=

= 0608 A

Vamos a comprobar que los valores de las potencias de cada una de las lámparas se corresponden con sus valores nominales:

PL1 = UL1.I1 = 230 V x 0.174 A = 40 W

PL2 = UL2. I2 = 230 V x 0.434 A = 99,8 W 100W

PT = UL2. I2 = 230 V x 0.608 A = 139,8 W 140 W

De las dos lámparas, ¿cuál iluminará más?

Observando el cálculo anterior vemos que los valores de potencia que nos da cada lámpara se corresponden con su valor nominal, por lo tanto, la lámpara de mayor potencia, en este caso la L2, con 100 W, es la que nos dará mayor potencia luminosa.

Podemos concluir Que en este acoplamiento, al estar sometidas las lámparas a sus valores nominales de tensión, se cumple que los

valores de sus potencias también son los nominales.

Caso Práctico

En la Figura 2.20 se representa el circuito mixto de dos lámparas en paralelo con una en serie, conectadas a una red de 230 V, con las características siguientes: L1=230 V/40 W L2=230 V/40 W L3= 230 V/100 W


Fig. 3.20. Circuito mixto. Dos lámparas en paralelo con una en serie. Solución

Los valores de las resistencias son: Rl1 = 1322,5 Ω Rl2 = 882 Ω

Rl3 = 529 Ω

R L1-2 =

=

=

= 529

R T = R L1-2 + R L3= + 529 + 529 = 1058 Ω

It = = = 0,217 A U2 = RL3 x It= 529 . 0.127 A = 115 V U1= Ut + U2 = 230 V + 115 V =115 V

I1= = = 0,087 A I2= = = 0,13 A

PL1= U1. I1 = 115 V . 0,087 A=10 W PL2= U1 . I2 =115V·0,13 A=15W PL3= U2 . I2 = 115 V . 0,217 A = 25 W

Pt = ,Ut . It = 230 V . 0,217 A = 50 W

De las tres lámparas, ¿cuál iluminará más? Observando el cálculo anterior vemos que las tres lámparas están sometidas a la misma tensión (115 V) que son los valores de U1 , U2,

Por lo tanto, cuando varias lámparas están sometidas a la misma tensión, iluminará más la de mayor potencia, tal y como se vio para el

acoplamiento en paralelo. En este caso no llegan a sus valores nominales de potencia, puesto que tampoco lo son los de la tensión que reciben. Podemos observar que es la lámpara L3, con una potencia de 25 W la que mayor iluminación proporciona.


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Ejercicios propuestos

1.- Del circuito representado en la Figura 2.21 conocemoslos siguientes datos:

Fig 2.21

R1 = 60 ; R2 = 120 ; R3 = 80 ; Ut= 100V

Analiza cómo queda el circuito y realiza el cálculo completo en los siguientes casos:

a) Los dos contactos a y b están abiertos.

b) El contacto a está cerrado y el b abierto.

c) El contacto a está abierto y el b cerrado.

d) los dos contactos están cerrados.

2.- Calcula todos los valores del circuito representado en la Figura 2.22, del que conocemos lo siguiente:

Fig 2.22

Vt = 230 V

R1 = 300 ; R2 = 600 ;

L1 = 230 V/lOO W

L2 = 230 V/lOO W

3..- Calcula el circuito representado en la Figura 2.23.

Fig.2.23

Lámpara - 230 V/100 W R1= 300 VT. 230 V

4.- Calcula todos los valores del circuito representado en la Figura 2.24, del que conocemos lo siguiente:

Fig.2.24

Vt - 230 V;

R1 = 300 ;

R2 = 600

L1 = 230 V/100 W;

L2 = 230 V/100 W


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Tema 3 Instalaciones Básicas y materiales empleados.

Generalidades En esta unidad trataremos de que conozcas los materiales que vamos a utilizar en las instalaciones básicas de alumbrado, Los dividiremos en cuatro grupos: • Receptores de alumbrado, • Aparatos de maniobra, • Aparatos de conexión. • Aparatos de protección.

Una vez estudiados los materiales, vamos a introducirnos en los circuitos básicos. Para ello aprenderemos a diseñar los diferentes esquemas eléctricos, tanto funcionales como multifilares, con el fin de realizar su correcta interpretación, Posteriormente se ejecutará la correspondiente práctica. Esta unidad lleva asociado un primer grupo de prácticas en las que se pretende que conozcas y relaciones las magnitudes eléctricas, que razones la ley de Ohm y que vayas adquiriendo destreza en el manejo de herramientas, cables y materiales eléctricos. Dentro del primer grupo de prácticas, varias de ellas proponen que el conexionado se realice directamente entre los correspondientes aparatos, sin utilizar caja de empalmes, Aunque entendemos que no es lo que se usa en la realidad, pretendemos que refuerces desde el punto de vista didáctico los conceptos básicos sobre instalaciones, aplicando conocimientos sobre distribución de material en el tablero, cableado, curvado, grapeado y conexionado, Deberás hacer uso del polímetro para comprobar el estado del material y de la propia instalaci6n, analizando el resultado de dicha comprobación: estado del material, localización de los extremos de un conductor, continuidad del circuito, cortocircuito, etcétera, Deberás también interpretar correctamente el esquema a la hora de realizar las diferentes conexiones entre los elementos que componen la instalación. El segundo grupo de prácticas sirve para que conozcas las instalaciones accionadas con conmutadores. Las conexiones se realizarán en una o en dos cajas de empalmes para ir aumentando el grado de dificultad, de modo que desarrolles un mayor grado de razonamiento. Cada práctica llevará asociada una memoria, diseñada según el criterio del profesor que imparta la asignatura, en la que se deberán recoger al menos los siguientes aspectos: • Esquema funcional. • Esquema multifilar. • Cuestiones por resolver, Hay varias por cada práctica. 3.2 Receptores de alumbrado

En el caso que nos atañe, los receptores de alumbrado transforman la energía eléctrica en energía luminosa. En esta unidad sólo estudiaremos como receptor de alumbrado la lámpara incandescente, 3.2.1 Lámpara de incandescencia La lámpara incandescente está constituida por una ampolla cerrada, a la que se le ha realizado el vacio o que se ha rellenado de un gas inerte, en cuyo interior se encuentra generalmente un filamento de wolframio o tungsteno. Al pasar la corriente por el filamento, los electrones chocan con los átomos del material produciéndose la incandescencia por termorradiación. Este fenómeno consiste en la emisión de radiaciones caloríficas y luminosas por parte de un cuerpo que esta a alta temperatura. Las radiaciones caloríficas suponen un 95 %, mientras que las luminosas representan el 5 %. La temperatura que alcanza el filamento ronda los 2200 ºc, frente a otros tipos de lámpara, las de incandescencia destacan por un bajo precio, su sencillo funcionamiento (ya que no necesitan ningún elemento auxiliar) y su amplia gama de potencias. Como inconvenientes señalamos su baja eficacia luminosa, su corta duración (1000 horas aproximadamente) y su excesiva producción de calor. 3.2.2 Partes de una lámpara En la figura 3.1 representamos las partes más importantes de una lámpara incandescente estándar. Se destacan los siguientes elementos: • Filamento, Está constituido por un conductor de wolframio o tungsteno, de mediana resistencia, cuya temperatura de fusión es de, aproximadamente, 3400 ºc. El filamento tendrá diferentes secciones, que varían en función de la potencia de la lámpara. Debido a las altas temperaturas que alcanza el filamento, éste desprende partículas compuestas de su propio material. Este fenómeno, conocido como fenómeno de vaporización, provoca el adelgazamiento del filamento y, finalmente, su ruptura. Para disminuir los efectos de la vaporización se introduce en la ampolla un gas inerte (normalmente una mezcla de argón y nitrógeno) y el filamento se enrolla en forma de hélice.

Entendemos por aparato receptor aquel que utilizamos en la instalación para transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía cualquiera.


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Fig. 3.1. Partes de una lámparas incandescentes, Se fabrican filamentos de diferentes tipos. Según su forma, se denominan: rectos, simples o de doble espiral, festón, corona,

etcétera. • Ampolla. Capsula de vidrio soplado, cerrada herméticamente, que encierra el gas inerte y que tiene por objeto proteger el filamento del medio ambiente, a la vez que permite evacuar el calor emitido por aquél. Tengamos en cuenta Que si el filamento en estado incandescente entrase en contacto con el oxígeno, se produciría su oxidación (rotura). Hay una amplia gama de ampollas, que se estudiarán en unidades posteriores. • Soportes del filamento. Son los encargados de sujetar el filamento para que no se deforme. Están constituidos por alambres de molibdeno. • Soporte de vidrio. Sirve de apoyo a los hilos conductores que es por donde penetra la corriente y los aísla eléctricamente.

• Casquillo. Es el soporte de la lámpara. Su misión fundamental es conectar la lámpara a la red de alimentación. En el caso de la lámpara estándar, el casquillo está formado por la rosca y el contacto de base o central Entre ambos hay un anillo de vidrio que aísla los dos contactos. La Figura 3.2 muestra los casquillos más usados. La lámpara incandescente estándar es la más usada. La ampolla tiene la forma ovalada clásica (véase la figura 3.1). Se fabrica con diferentes tonalidades: claramente, coloreada... Se destina a la iluminación doméstica y comercial.

Fig. 3.2. Casquillos de lámparas incandescentes,

Los valores de potencia nominales oscilan entre 25 y 200 W con casquillo E27, y de 300 W con casquillo E4O. Para potencias superiores se utilizan otros casquillos. 3.3 Aparatos de maniobra Son dispositivos cuya función es manipular a voluntad las condiciones de un determinado circuito. A esta categoría

pertenecen los interruptores, los conmutadores los conmutadores de cruzamiento y los pulsadores. 3.3.1 Interruptor Es un aparato diseñado para abrir (interrumpir) o cerrar (conectar) un circuito eléctrico manualmente, de forma permanente. Tiene dos posiciones: abierto o cerrado. Abierto no deja pasar la corriente y se comporta corno una resistencia de valor infinito (∞). Cerrado deja pasar la corriente y es como una resistencia de valor prácticamente nulo (oΩ). Está constituido por dos contactos (uno fijo y otro móvil) sobre un soporte aislante, de manera que lo podemos manipular para que quede en una posición de modo permanente (abierto o cerrado) mediante una tecla basculante. Se fabrican para distintos valores de intensidad y de tensión. El valor de la intensidad determina la corriente que soportan sus contactos, mientras que el valor de tensión determina su grado de aislamiento eléctrico. En la Figura 3.3 mostramos su representación esquemática.

Fig. 3.3. Interruptor. Representación gráfica

Fig. 3.4-a. Interruptor para empotrar.

Clasificación

Según el número de polos • Unipolar. Sólo interrumpen un conductor. • Bipolar. Interrumpen dos conductores. • Tripolar. Interrumpen tres conductores. Según la forma de montaje • Empotrado. El interruptor va colocado dentro de una caja de empotrar mecanismos, que a su vez está incrustada en una pared o similar. En la Figura 3.4-a podemos ver algunos modelos. En la Figura 3.4-b se aprecia la forma de montar un mecanismo en una caja de empotrar. Fig. 3.4-b. Montaje de un mecanismo empotrado. Fig. 3.5-a. Interruptor de superficie.


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Superficie.

El interruptor va colocado directamente sobre una superficie o dentro de una caja diseñada para instalar en superficie (véase la Figura 3.5-a). • Aéreo. También denominado de paso. Se utilizan para accionar aparatos que están alimentados por un cable móvil (manguera), como pequeños electrodomésticos o lámparas de sobremesa (véase la Figura 3.5-b). fig. 3.5-b. Interruptor atención. Interruptor doble La unión de dos interruptores independientes dentro del mismo mecanismo se conoce como interruptor doble o dable interruptor. Está constituido par tres bornes de conexión: uno es el común y cada uno de los otros dos es para un interruptor. Cada interruptor actúa de forma independiente, Se utiliza en instalaciones donde se colocan dos puntos de luz independientes dentro del mismo habitáculo. La Figura 3.6 muestra un doble interruptor para empotrar y otro de superficie.

Fig. 3.6. Interruptor doble

3.3.2 Conmutador simple El conmutador también denominado de extremo, de dos direcciones o conmutador simple consta de un borne común denominado puente y de dos bornes de salida. La misión del aparato es conectar, a través del puente, la entrada de corriente con una u otra salida, según la posición de accionamiento. En la Figura 3.7 vemos su representación esquemática. El circuito típico que utiliza este elemento es el que acciona lámparas desde dos puntos diferentes. Imaginemos que disponemos de un circuito con uno o varios puntos de luz y que deseamos accionarlo desde dos lugares diferentes, como ocurre con el alumbrado de un pasillo en el que podamos apagarlo o encenderlo desde los dos extremos. En este caso, no podremos servirnos de interruptores, sino que tendremos que utilizar dos conmutadores. Con estos mecanismos conseguimos que, cada vez que actuemos sobre uno de ellos, cambie el estado de la lámpara o receptor en cuestión (si está apagada, se encenderá, y si está encendida, se apagará), independientemente del conmutador que accionemos.

Fig. 3.7. Conmutador. Representación esquemática

. La Figura 3.8 es una representación esquemática para comprender el funcionamiento del circuito conmutado. Al principio, la lámpara está encendida (1). Si accionamos un conmutador, se apaga (2). Si accionamos el otro conmutador se enciende de nuevo (3). Al accionar de nuevo el primer conmutador, se apaga (4).

Fig 3.8 Esquema de funcionamiento de un circuito conmutado Fig. 3.10. Montaje puente.

Fig. 3.11.

Montaje largo

A continuación exponemos el esquema funcional de este circuito en sus diferentes versiones. Un punto de luz accionado desde dos puntos con conmutadores., Según la forma de conectar los conmutadores, podemos realizar los montajes siguientes:

Fig.3.9

Montaje

corto


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• Montaje cortó. Es el más usado y sencillo (véase la Figura 3.9). • Montaje puente. Requiere utilizar tres conductores entre conmutadores, lo que supone un gasto adicional. Se muestra en la Figura 3.10. • Montaje Largo. Este tipo de montaje no está permitido por la actual normativa, ya que el conmutador recibe dos hilos activos de corriente. Si se produjera una avería mecánica en su interior podría dar lugar a un cortocircuito. Lo incluimos aquí ya que lo podemos encontrar en viviendas de cierta antigüedad. Se muestra en la Figura 3.11. EL funcionamiento de la instalación es idéntico en cualquier tipo de montaje. Cada vez que cambiamos la posición de un conmutador, la lámpara cambia de estado. Los conmutadores son aparatos externamente idénticos a los interruptores. La mayoría de los diseños mostrados para interruptores de superficie y para empotrar se construyen también en la versión de conmutador. 3.3.3 Conmutador de cruzamiento También conocido como de centro, dispone de cuatro bornes: dos de entrada y dos de salida. Tiene dos posiciones distintas, de forma que en cada una de ellas conecta sus bornes de dos en dos, tal y como muestra su representación esquemática de la Figura 3.12.

Se utiliza este conmutador en las instalaciones donde se requiere realizar el mando desde tres o más puntos. Imaginemos que disponemos de un circuito con uno o varios puntos de luz y que deseamos accionarlos desde tres o más lugares diferentes, como ocurre con el alumbrado de un dormitorio donde podemos apagar o encender desde la puerta de entrada o desde ambos laterales del cabezal de la cama. En este caso es preciso utilizar conmutadores simples y conmutadores de cruzamiento. Una instalación conmutada desde varios lugares o puntos necesita siempre de dos conmutadores simples o de extremo, y el resto, hasta completar el número de puntos desde el que actuamos, serán conmutadores de cruzamiento. Así si queremos acomodar una lámpara desde cinco puntos diferentes, colocaremos dos conmutadores de extremo y tres de centro. Al igual que ocurría en la instalación del conmutador simple, cada vez que actuemos sobre cualquier

conmutador, la lámpara cambiará de estado. Así en la Figura 3.13, donde representamos varios casos, podemos observar cómo partiendo del caso 1, en el que la lámpara está encendida, al ir accionando los tres conmutadores ésta va cambiando de estado. Fig. 3.13. Esquema de funcionamiento de un circuito conmutado

.

Flg.3 14 Lámpara conmutada desde tres puntos. Esquema funcional

La forma de montar un circuito conmutado desde más de dos puntos es la representada en la Figura 3.14. Si el circuito se debe accionar desde un mayor número de puntos, iremos incrementando el número de conmutadores de cruzamiento. los diseños externos de los conmutadores de cruzamiento no difieren de los de interruptores ni conmutadores. 3.3.4 Pulsador Es un aparato diseñado para cerrar (conectar) o abrir (interrumpir) un circuito eléctrico manualmente durante el tiempo que lo

tengamos accionado. Una vez que dejamos de accionarlo, vuelve a su posición de reposo. Puede estar normalmente abierto, con lo que al accionarlo se cierra, o normalmente cerrado, con lo que al accionarlo se abre. En instalaciones de viviendas utilizaremos, por lo general el normalmente abierto. Está formado por dos contactos fijos y uno móvil que se desplaza al vencer la fuerza de un muelle antagonista. Se monta sobre un soporte aislante (véase la Figura 3.15). Fig. 3.15. Partes de un pulsador,

Se usa este elemento para el mando de timbres, cerraduras eléctricas, automáticos de escaleras y, en general elementos que sólo deban funcionar durante un breve espacio de tiempo o activarse con un impulso eléctrico. Al igual que los anteriores mecanismos estudiados, también se fabrican para instalaciones empotradas, de superficie, aéreas o móviles (véase la Figura 3.16),


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Fig. 3.16. Diferentes tipos de pulsadores,

Fig. 3.17. Mecanismos con diferente ancho y/o con piloto.

Los mecanismos estudiados hasta ahora -interruptores, conmutadores y pulsadores- se pueden fabricar con un piloto de señalización incorporado a través de un visor normalmente una lámpara de neón de muy bajo consumo (aproximadamente, 1 mA. Cuando el punto de luz está apagado, luce indicando nos el lugar de emplazamiento del mecanismo en cuestión (véase la Figura 3.17), Los fabricantes suelen diseñar los mecanismos con dos medidas de ancho distintas para los diferentes modelos, el formato normal y el estrecho (mitad de ancho que el anterior), para que puedan montarse en una misma base de mecanismo (elemento que sujeta el mecanismo a la caja de empotrar) uno o dos elementos, según convenga (véase la Figura 3.17), Todos estos mecanismos están concebidos para poderse instalar con un material estanco, es decir, cajas envolventes que reúnen ciertos requisitos de aislamiento contra humedad, polvo y productos corrosivos, y que van instaladas a la intemperie o en lugares donde se prevé algún agente atmosférico corrosivo, como talleres o industrias.

Fig. 3.18. Materiales estancos. Fig. 3.19. Montaje con materiales estancos

En la Figura 3.18 se pueden observar algunos mecanismos instalados con material estanco, En la Figura 3.19 se aprecia la forma de montar un mecanismo sobre material estanco. 3.4 Aparatos de conexión Son aparatos o dispositivos destinados a efectuar la unión de los receptores eléctricos con las líneas de distribución o línea interior de la vivienda. A esta categoría pertenecen las bases de enchufe, clavijas, portalámparas, regletas de conexión, cajas de empalmes y cajas de empotrar mecanismos. 3.4.1 Base de enchufe La base de enchufe es el punto de toma de corriente para receptores móviles, por lo que también suele denominarse toma de corriente. Se compone de dos o más piezas metálicas, donde va conectada la línea de alimentación, y un soporte de material aislante. Sus contactos deben soportar la corriente que consuma el receptor que conectemos a ella sin que se produzca calentamiento alguno. Su aislamiento será el adecuado para resistir la tensión a la que vaya a ser sometida. El material del que esté constituida deberá aguantar, sin deterioro, las condiciones ambientales del lugar donde se instale. Por ello existe una gama amplísima de bases de enchufes que atienden a numerosos criterios: material de fabricación, tipo de montaje, intensidad que soporta, tensión de aislamiento. Además, cada fabricante diseña sus propios modelos. Atendiendo a las instalaciones de interior de viviendas, podemos hacer la siguiente clasificación: Según la forma de montaje • Empotrada. En la Figura 3.20 observamos varios modelos de bases de enchufe para empotrar. La número 1 y la 2 son bases bipolares de 16 A con TT (toma de tierra) lateral. La número 3 es una base de 25 A con TT.

Fig. 3.20. Bases empotrables. Fig. 3.21. Bases de superficie


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Fig. 3.22. Bases móviles.

Superficie. Al igual que los mecanismos estudiados antes, pueden ir directamente sobre una superficie o sobre una base superficial, como se aprecia en la Figura 3.21. • Móviles. Se utilizan para conectar aparatos que están alimentados por un cable móvil (manguera) y para el montaje de prolongadores. En la Figura 3.22 se muestran algunos tipos de bases móviles. Según la intensidad que soportan

• 16 A Se usan en cualquier punto de la vivienda. • 25 A Sirven para alimentar la cocina eléctrica. La normativa actual obliga a que todas las bases de enchufe de 16 A sean del tipo Schuko, como las mostradas en las Figuras 3.20, 3.21 y 3.22, lo que deja en desuso las bases sin toma de tierra. Las hay con toma de tierra lateral o de espiga saliente, para los casos en que no se puedan permutar el neutro con la fase. Las bases de enchufes también se pueden instalar con material estanco, como muestra la Figura 3.23.

Fig. 4.23. Base de enchufe sobre material estanco.

Base de enchufe múltiple Es un elemento móvil que dispone de múltiples tomas de corriente y que generalmente se encuentra conectado a otra base de enchufe, lo que posibilita la conexi6n de varios elementos a la vez. Ni qué decir tiene la importancia de conocer el consumo de los dispositivos conectados, ya que no podemos sobrepasar el que se ha estipulado para el elemento en cuestión.

Fig. 3.24 Bases múltiples.

Algunos disponen de un interruptor de corte general y/o piloto, que indica que está sometido a tensión, como se puede apreciar en la Figura 3.24. Adaptadores

Son elementos fijos que, conectados a una base de enchufe, permiten tener varias tomas de corriente a través para conectar varios dispositivos (véase la Figura 3.25). También hay que prestar atención al consumo de los diferentes dispositivos para no deteriorar el adaptador ni provocar accidentes. Fig. 3.25. Adaptador.

3.4.2 Clavija Es el elemento mediante el que generalmente se conectan receptores eléctricos móviles a las tomas de corriente. Al igual que las bases de enchufe, existe una amplia gama de productos que se adaptan a las necesidades del usuario, como

se puede ver en la Figura 3.26. Como en el caso de las bases de enchufe, la normativa actual deja en desuso aquellas clavijas que no incorporen el contacto de toma de tierra. Las clavijas, junto con una base de enchufe móvil y un trozo de cable de manguera, también se emplean para realizar prolongadores (véase la Figura 3.27).

Fig.3.26 Clavija

Ciertas clavijas especiales llevan fusibles incorporados para proteger de un cortocircuito los dispositivos que alimentan.

Bases y clavijas de tipo industrial


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Hay muy diversas bases de corriente para instalaciones industriales de baja tensión. Esta gama se denomina CETACT y se fabrica para instalaciones aéreas, murales y empotrables. Atendiendo al número de polos, tenemos:

• 2P+T: dos polos más toma de tierra (monofásicas). • 3P+T: tres polos más toma de tierra (trifásicas). • 3P+N+T: tres polos, neutro, más toma de tierra (trifásica con neutro). Se fabrican con diferentes colores para identificar los valores de tensión y frecuencia; los valores nominales de corriente para las diferentes gamas son: 16, 32, 63 y 125 A.

Fig. 3.28. Bases y clavijas de tipo industrial

Existen clavijas específicas para las bases de enchufes de tipo industrial. En la Figura 3.28 se aprecian algunos de estos productos industriales. 3.4.3 Portalámparas Sirven para conectar las lámparas a la línea de alimentación y son, al mismo tiempo, su soporte. Por lo general, un portalámparas consta de un casquillo roscado que sirve de sujeción y lleva un contacto que se conecta a un extremo del filamento. En el fondo de dicho casquillo está aislado el segundo contacto, que conecta con el otro extremo del fi lamento cuando la lámpara está enroscada a fondo. En el Apartado 3.2 de esta unidad estudiamos los diferentes casquillos con que se fabrican las lámparas de incandescencia. A cada tipo de casquillo le corresponde un portalámparas según la clase de rosca o sujeción. Los más usados son:

• Portalámparas rosca «Mignon. E - 14. • Portalámparas rosca «Normal» E - 27. • Portalámparas rosca «Goliat. E - 40. A partir de aquí, la variedad es amplia según las necesidades de uso. Así, encontramos diferentes portalámparas según el material del que está fabricado (termoplástico, plástico resistente al calor, porcelana… ), su utilización (uso doméstico, provisional para obras, ferias, alumbrado exterior ... ), su forma de montaje (zócalo recto, zócalo curvo, colgantes, con soporte roscado ... ) y según los tipos de lámparas que se estudiarán más adelante (halógenas, tubulares, fuorescentes ... ). la Figura 3.29 muestra varios tipos de portalámparas.

Fig. 3.29. Portalámparas.

3.4.4 Regletas de conexión Son los dispositivos Que utilizamos para las diferentes conexiones entre los conductores de un circuito eléctrico. Por norma general, constan de un cilindro metálico hueco y dos tornillos roscados de apriete que se introducen en su interior para fijar el cable. Todo ello va envuelto por un material aislante. Suelen estar formadas por varios conectores aislados y unidos entre sí mediante la envoltura, de forma Que se pueden dividir fácilmente (véase la Figura 3.30).

Fig. 3.30 Regletas de conexión Fig. 3.31 Regletas de bornes de pasoconexión Fig. 3.32 Bornas Viking de conexión

Este tipo de regletas es utilizado, generalmente. Para realizar las conexiones de cables dentro de las cajas de empalmes. Se denominan en función de la sección interior en milímetros cuadrados. Sus valores son 4, 6, 10, 16 y 25 mm'. Otro tipo de regletas son las regletas de paso, Que permiten la conexión sin cortar el cable y admiten cables de mayor sección (véase la Figura 3.31). Dentro de los armarios, cuando sea preciso usar regletas de conexiones, se emplean las denominadas bornas Viking, que pueden fijarse sobre una estructura metálica (carril). También pueden ser etiquetadas cómodamente para identificar los conductores. Las correspondientes al neutro y al conductor de protección llevan el color característico de éstos (véase la Figura 3.32). 3.4.5 Cajas de empalmes o conexiones Las cajas de empalmes son elementos que se utilizan en una instalación eléctrica para alojar las diferentes conexiones entre conductores. Se colocan de forma que reciban los cables de las líneas de reparto de una instalación, así como de los mecanismos y receptores fijos que discurren bajo tubos protectores para ejecutar las correspondientes conexiones entre los conductores. Son cajas de forma cuadrada, rectangular o redonda, de diferentes dimensiones. En las paredes laterales de la caja y en su base, disponen de unas huellas para su ruptura que facilitan la entrada de los tubos.


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Fig. 3.33. Caja de empalmes.

La dimensión estará en relación con la cantidad de cables que tenga que alojar o de lo tubos que deban recibir, ya que cuanto más grande sea la caja mayor número de entradas para tubos tendrá. Las cajas cuadradas y rectangulares se denominan atendiendo a las dimensiones de sus lados y a la profundidad en milímetros. Por ejemplo, caja de 160 x 100 x 50

En las redondas, la denominación depende de la profundidad y el diámetro. Por ejemplo, la caja de 50 x 100 tiene 50 mm de profundidad y 100 mm de diámetro. Las cajas incorporan su correspondiente tapa, que puede ir sujeta mediante tomillos, a presión o a rosca. Según el tipo de instalación, pueden ser empotradas o de superficie; las segundas tienen un grado de estanqueidad acorde con el lugar donde se vayan a instalar. En la figura 4.33 se aprecian varios tipos de cajas, 3.4.6 Cajas de empotrar mecanismos

Como su nombre indica, son cajas para alojar los mecanismos de una instalación eléctrica: interruptores, conmutadores, pulsadores, bases de enchufes ... Se pueden instalar empotradas o en superficie. En cada caso, la constitución y el diseño varían. Las cajas empotradas se fabrican de forma redonda o cuadrada. Al igual que las cajas de empalmes, llevan unas huellas que se deben romper para introducir los tubos. También disponen de unas guías laterales que sirven para enlazar varias cajas, en el supuesto de que esté previsto colocar varios mecanismos juntos. Suelen llevar tornillos en el borde exterior para sujetar los mecanismos (véase la figura 3.34). Fig. .34. Cajas de empotrar mecanismos.

3.5 Aparatos de protección En unidades posteriores trataremos el tema de los aparatos de protección con mayor profundidad. No obs· tante, exponemos los conceptos básicos sobre este tema para que los vayas aplicando a las instalaciones básicas. Entendemos por aparatos de protección aquellos que, instalados en un circuito eléctrico, protegen la instalación (cables) y los elementos conectados a ella (mecanismos y receptores) de posibles sobrecargas y cortocircuitos. Al mismo tiempo protegen a las personas de accidentes por descargas eléctricas, además de evitar fugas de corriente a tierra y el consiguiente perjuicio económico para el usuario. 3.5.1 Cortacircuitos fusibles Elemento que se conecta en serie con el circuito (al inicio de la instalación) de tal manera que circule por él toda la intensidad. Consta por lo general de una base con dos contactos fijos sobre la que se conecta, a rosca o a presión, una pieza enchufable, normalmente de cartucho o de cuchilla, en la que se aloja el elemento fusible rodeado del material que actúa como medio de extinción. El elemento fusible es un hilo calibrado de menor sección que los conductores del circuito que protege, y que se funde, al paso de una corriente excesiva, antes de que se deteriore la instalación. En la Figura 3.35 podemos observar un fusible de cartucho y otro de cuchilla y sus respectivas bases. Los fusibles protegen a la instalación de: • Sobrecarga. Cuando en una instalación eléctrica el valor de la intensidad de corriente es superior a la calibrada para el fusible. Ya sea por un exceso de consumo o a consecuencia de una avería, el fusible se funde protegiendo la instalación.

Fig 3.35. Fusibles y bases portafusibles.

• Cortocircuito. Cuando por avería de un elemento de la instalación o por accidente se provoca un cortocircuito y el fusible se funde. Se coloca un fusible por cada fase del circuito. Cuando se funde un fusible hay que sustituirlo por otro nuevo. Aunque el fusible general protege toda la instalación, también podemos proteger una parte del circuito o algún elemento concreto con un fusible calibrado adecuadamente, como suele ocurrir con los electrodomésticos u otros receptores. 3.5.2 Interruptor magnetotérmico

Fusible de cuchilla Fusible de cartucho


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Al igual que los fusibles, protege de sobrecargas y cortocircuitos la instalación, es decir, los conductores, elementos de mando y aparatos conectados a los diferentes circuitos. También se conoce como PIA (pequeño interruptor automático). Constitución En esencia se compone de: • Carcasa o envoltura aislante. • Bornes (entrada y salida) para fijar los conductores del circuito. • Elemento bimetálico, Es una pieza formada por dos metales de diferente coeficiente de dilatación, lo que provoca su curvatura al dilatarse por calentamiento (efecto térmico). • Bobina, Está constituida por hilo de cobre arrollado sobre un núcleo móvil que es atraído cuando por ella pasa una corriente de valor considerable (efecto magnético). • Cámara apagachispas. Es el elemento que provoca la extinción de los arcos eléctricos producidos en el interior del aparato al abrirse sus contactos cuando está circulando una corriente considerable. • Palanca o maneta, Es una palanca que utilizamos para rearmar (volver a cerrar) el interruptor después de un disparo, o simplemente para abrir y cerrar el interruptor manualmente. • Contacto m6vil, Se trata del mecanismo de apertura que abre dicho contacto por el efecto del bimetal o de la bobina y que también podemos abrir o cerrar de forma manual por medio de una palanca. En la Figura 3.36 mostramos la constitución de un interruptor magnetotérmico. 1. Maneta de accionamiento. En los multipolares, todas las manetas se unen por una gula. 2. Contacto móvil. 3. Contacto fijo con pastilla en aleación de plata y grafito. 4. Bobina de disparo magnético. 5. Desconectador magnético qua además tira directamente del contacto móvil. 6. Cámara desionizante con plaqueta cerámica. 7. Bimetal regulable para la desconexión térmica. 8. Grapa de fijación sobre raíl DIN 46277. 9-10. Bornas de entrada y salida por tornillo y plaqueta, con capacidad de conexión de 0,5-16 mm

2

Fig. 3.36. Interruptor magnetotérmico. Constitución.

Principio de funcionamiento Cuando la corriente que circula por el interruptor automático es de un valor superior al calibrado, debido a una sobrecarga, comienza a calentarse el bimetal, calentamiento que será más rápido cuanto mayor sea el valor de la corriente. El calentamiento hace que el bimetal se curve y actúe sobre el contacto móvil provocando su apertura (efecto térmico). Si la corriente que circula por el interruptor es de un valor muy elevado, a causa de un cortocircuito, es la bobina quien se encarga de atraer al núcleo instantáneamente, lo que provoca la apertura del contacto móvil (efecto magnético). Este aparato se utiliza como acompañamiento o sustituto del fusible, por su precisión y su forma de recuperación una vez que cesa la avería. Ha de colocarse de modo que corte todos los conductores de forma omnipolar, es decir, que corte al mismo tiempo los conductores activos (fases) y el neutro. Se fabrican de diferentes calibres. Los más usados en las instalaciones interiores son los de 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40,50 y 63A. Por su número de polos, pueden ser unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares. En la Figura 3.37 se muestran diferentes tipos de magnetotérmicos: unipolar, bipolar y tripolar. Fig. 3.37 • Interruptores magnetotérmcios.

3.5.3 Interruptor diferencial Es un aparato diseñado para la protección de las personas y animales ante defectos de aislamiento en las instalaciones eléctricas, tanto contactos directos como indirectos. A continuación aclaramos estos tres conceptos expuestos en el párrafo anterior. • Defecto de aislamiento. El producido cuando se deteriora el aislamiento de los conductores y dispositivos eléctricos. • Contacto directo. Ocurre cuando una persona o animal toca un conductor o una parte activa de un dispositivo eléctrico: contactos de un mecanismo, bornes de un receptor. • Contacto Indirecto. Se produce cuando una persona o animal toca la carcasa metálica (chasis) de un dispositivo eléctrico en el que por avería se deriva la corriente hasta esa carcasa: chasis de una lavadora, frigorífico. • Corriente de fuga o defecto. Es la corriente que se deriva a tierra, sea a través del conductor de protección (conductor de tierra), sea a través de los elementos metálicos que están en contacto con tierra. Constitución El interruptor diferencial se compone esencialmente de: • Carcasa o envoltura aislante. • Bornes (entrada y salida) para la fijación de los


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conductores del circuito. • Transformador de núcleo toroidal o toroide. Por

su interior pasan los conductores que alimentan el circuito (fase y neutro en el caso de un circuito monofásico). A él se arrolla un conductor de poca sección que alimenta un relé de disparo (electroimán). • Mecanismo de desconexión. Actúa sobre los contactos

del interruptor abriéndolos automáticamente. • Pulsador y resistencia de prueba. Se utiliza para

verificar el funcionamiento y para desconectar manualmente el aparato. • Palanca de rearme. Para rearmar el aparato.

Fig. 3.38. Interruptor diferencial.

En la Figura 3.38 se representa la constitución de un interruptor diferencial Principio de funcionamiento En una instalación eléctrica monofásica, la intensidad que circula por la fase tiene que ser del mismo valor que la que circula por el neutro. O dicho de otra manera: la corriente de entrada (Ie) tiene que ser igual a la de salida (Is) en circunstancias normales. En cuanto se produce una corriente de fuga o de defecto, las dos intensidades mencionadas ya no son iguales (véase la Figura 3.39). Fig. 3.39. Interruptor diferencial. Funcionamiento.

El toroide está diseñado para que, cuando no sean iguales dichas intensidades y la diferencia adquiera un determinado valor, induzca una corriente sobre el conductor arrollado que alimenta el relé de disparo. Entonces, éste provoca la apertura de los contactos del diferencial. Cuando actuamos sobre el pulsador de prueba, estamos provocando el mismo efecto que una corriente de fuga, ya que la resistencia de prueba absorbe parte de la corriente, y la hacemos pasar por el exterior del toroide. Entendemos por sensibilidad del aparato, la capacidad de respuesta

que éste tiene ante una corriente de fuga. Se mide en mA. Los valores comerciales de sensibilidad más utilizados en instalaciones interiores son 30 y 300 mA. Existen diferenciales de dos y cuatro polos (véase la Figura 3.40), con lo que siempre hay que conectar las fases y el neutro según el tipo de circuito. Fig. 3.40. Interruptor diferencial.

Aunque se fabrican para unos valores determinados de intensidad nominal, deberán ir acompañados de un magnetotermico para proteger la instalación, ya que el diferencial no se desactiva porque circule un valor de intensidad superior al nominal. Para que una comente de fuga actúe sobre el diferencial, la instalación eléctrica debe disponer de los conductores de protección debidamente conectados a tierra: así llega hasta ella la corriente de defecto. De lo contrario, no actuará hasta que una persona, animal o elemento conductor haga contacto con la zona defectuosa. Cuando una corriente pasa a través del cuerpo humano, produce unos efectos que dependen de la intensidad y del tiempo (véase la Figura 3.41). Intensidad de contacto (mA) Zona 1: habitualmente, ninguna reacción. Zona 2: habitualmente, ningún efecto Fisiopatológico peligroso. Zona 3: habitualmente ningún riesgo de fibrilación. Riesgo de asfixia. Zona 4: riesgo de fibrilación ventricular (corazón). Fig. 3.41. Efectos de la corriente alterna de 50/60 Hz sobre las personas.

Adaptadores. Es el elemento fijo que al conectarlo a una base de enchufes nos permite tener varias tomas de

corriente a la, vez para la conexión de varios dispositivos.

Aparato de conexión. Dispositivos destinados a efectuar ubicar las uniones de los receptores con las líneas

eléctricas.

Podemos destacar: bases de enchufe, clavijas, portalámparas, regletas de conexión, cajas de empalmes, cajas de mecanismos etcétera.


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Conceptos Básicos

Apararatos de maniobra. Es el dispositivo cuya fundón es manipular a voluntad las condiciones de un determinado o

circuito. A esta categoría pertenecen entre otros; los interruptores. los conmutadores, los conmutadores de cruza-

miento y los pulsadores.

Aparatos de protección. Son aquellos que tienen como misión proteger las Instalaciones eléctricas de sobrecargas

y cortocircuitos (fusibles e interruptores magnetotermico), a las personas y animales contra los defectos de

aislamiento de las Instalaciones eléctricas para evitar descargas eléctricas (Interruptor diferencial).

Base de enchufe. Es el punto de toma de corriente para receptores móviles, también se llama toma de corriente.

Caja de empalmes. Es el elemento que se utiliza para alojar los mecanismos entre conductores.

Caja para empotrar mecanismos. Es el elemento que se utiliza para alojar los mecanismos de una instalación

eléctrica.

Clavija. Es el elemento por medio del cual se conectan los receptores eléctricos móviles a las tomas de corriente.

Conmutador. Permite conmutar o permutar entre las dos salidas de que dispone; dé forma que podemos modificar el

recorrido de la corriente eléctrica. Los circuitos de lámparas conmutadas llevan siempre dos.

Conmutador de cruzamiento. Al Igual que el anterior, permite modificar el recomido de la corriente. Se utiliza en

instalaciones de lámparas conmutadas desde más de dos puntos.

Fusibles. Elemento conectado en serie a la entrada del circuito y que se funde al paso de una corriente excesiva.

Interruptor. Abre o cierra un circuito manualmente de forma permanente.

Interruptor diferenciaI. Elemento, que protege a las personas y animales de defectos de aislamiento en las

instalaciones eléctricas.

Interruptor magnetotermico. Elemento que protege de sobrecargas y cortocircuitos la, instalación.

Portalámparas. Elemento que sirve para conectar las lámparas a la línea de alimentación y son su soporte.

Pulsador. Cierra o abre un circuito durante el tiempo que esté accionado (normalmente abierto o cerrado).

Receptor. Aparato que se utiliza en una instalación eléctrica para transformar la energía eléctrica en otro tipo de

energía.

Regleta de conexión. Dispositivo que se usa en las conexiones entre los conductores de un circuito eléctrico.


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Ejercicios propuestos 1.-Representa el esquema funcional y multifilar en caja de empalmes de la siguiente instalación eléctrica: • Dos lámparas en serie, en paralelo con otras dos en serie, todo ello en serie con tres lámparas en paralelo y accionado el conjunto mediante un interruptor. • Tres lámparas conmutadas desde cuatro puntos. • Dos bases de enchufe. El circuito completo irá protegido con un interruptor magnetotermico bipolar. 2.- Escribe el enunciado, explica su funcionamiento y representa el esquema multifilar en caja de empalmes del circuito representado en la Figura 3.42. Fig, 3.42, Representación del ejercicio 2.

3.- Explica el funcionamiento del circuito representado en la Figura 3.43 y realiza el esquema multifilar en caja de empalmes.

Fig. 3.43. Representación del ejercicio 3 .


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Tema 4 Medidas eléctricas en instalaciones de baja tensión

4.1 Utilidad de las magnitudes eléctricas El buen funcionamiento de un organismo o una máquina depende en gran medida del funcionamiento combinado de los distintos elementos que lo constituyen; si uno de éstos no realiza correctamente su función, hace que funcione mal todo el sistema. En principio, las anomalías se intuyen, pero para poder certificarlas es necesario comprobar algunas magnitudes características para compararlas con las que se dan en el sistema cuando el funcionamiento es el adecuado. En las instalaciones eléctricas, también es necesario evaluar o medir algunos parámetros o magnitudes del circuito eléctrico, en especial las estudiadas en la Unidad 3, como son la intensidad de corriente, la tensión eléctrica, la resistencia eléctrica, la potencia eléctrica o la energía eléctrica. Estas magnitudes nos indican si la instalación funciona bien o si existen problemas. En lo que se refiere a la seguridad de los elementos que constituyen la instalación y de las personas que la utilizan, han de conocerse otros parámetros importantes, como pueden ser: la resistencia de tierra, la resistencia de aislamiento, la sensibilidad de los aparatos de protección, los tiempos de disparo, etcétera. En esta unidad realizaremos distintas medidas y conoceremos los aspectos más importantes para su valoración. Se hará de una forma exclusivamente práctica, obviando los aspectos correspondientes a la constitución interna de los aparatos de medida, ya que éstos se estudiarán en otros módulos. El estudio y realización de las medidas de otros parámetros importantes para la instalación se abordará en la unidad correspondiente, ya que se necesitan otros conocimientos previos para su correcta comprensión. 4.2 Concepto de medida Medir es comprobar una determinada con otra que tomamos como unidad. De acuerdo con la anterior definición, es necesario que las unidades de referencia sean aceptadas por toda la comunidad científica internacional. A principios del siglo XX se fueron unificando estos patrones de medidas por la Comisión Internacional de Pesas y Medidas, que estructuraron el Sistema Internacional de Medidas, más conocido como Sistema GIORGI. En la Tabla 5.1, se recogen las magnitudes más importantes que podemos encontrar en un circuito eléctrico. En el campo de las medidas eléctricas hay que distinguir dos tipos de medidas: medidas de tipo industrial y medidas de laboratorio. Se utilizan para verificar el funcionamiento de los aparatos de medida o para el diseño de aparatos y circuitos. Tales aparatos suelen tener una mayor precisión

Tabla 4.1. Magnitudes eléctricas en el Sistema Internacional.

Medidas industriales: son aquellas que se realizan directamente sobre el montaje o la instalación eléctrica. Para realizarlas se necesitan aparatos prácticos, con la posibilidad de ser tanto fijos como portátiles.

Medidas de laboratorio: son aquellas que se realizan en condiciones idóneas y distintas de las ambientales. Se utilizan para verificar el funcionamiento de los aparatos de medida o para el diseño de aparatos y circuitos. Estos aparatos suelen tener una mayor precisión que los utilizados en la industria, por lo que son más delicados y costosos.

4.3 Cualidades de los aparatos de medida

Un aparato de medida es más preciso cuanto mayor sea su sensibilidad y su fidelidad.

Podemos decir que un aparato de medida será mejor o peor atendiendo a las siguientes cualidades:

Sensibilidad: se define como el cociente entre la desviación de la aguja indicadora medida en grados y la variación de la magnitud que se está midiendo. Esta cualidad es específica de los aparatos analógicos.


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Precisión: la precisión de un aparato de medida está íntimamente relacionada con su calidad. Es más preciso un aparato cuanto más parecido sea el valor indicado a la medida real de dicha magnitud.

Exactitud: es un concepto parecido al de precisión, pero no igual. Un aparato es más exacto cuanto más parecidos sean el valor medido y el valor real por extensión. Un aparato exacto es, a su vez, preciso, pero un aparato preciso no tiene por qué ser exacto.

Fidelidad: cuando al repetir varias veces la misma medida, el aparato da la misma indicación.

Rapidez: un aparato es rápido cuando se estabiliza en menos tiempo.

4.4 Errores en la medida

Al realizar medidas, los resultados obtenidos pueden verse afectados. El resultado lleva implícito la posibilidad de errar en la lectura, por lo que es necesario conocer con profundidad cómo se cometen los errores para poderlos prever y minimizar. De esta manera, seremos nosotros los que valoremos la veracidad de la medida realizada. Los errores en medidas eléctricas se pueden clasificar en sistemáticos y accidentales:

a) Error sistemático es el originado por las características del aparato o de la actitud del observador. Entre los más frecuentes se pueden destacar los siguientes:

Metodológicos: por utilizar un método inadecuado para realizar la medida como, por ejemplo, la colocación de los aparatos de medida cuando se utiliza el método indirecto, ya que estos tienen consumo y pueden falsear el resultado obtenido.

Ambientales: son el resultado de la influencia de las condiciones físicas del entorno: temperatura, presión, humedad, campos magnéticos, etc.

Cuando medimos con aparatos analógicos, hay que tener sumo cuidado de que el fiel esté en el cero y prestar especial atención a la posición desde donde lo observamos para no cometer errores muy frecuentes.

Personales: los que dependen de la pericia o habilidad del operador al realizar la medida, por ejemplo, la colocación de este en la lectura.

Instrumentales: son los causados por el desgaste de las piezas del aparato, o bien por el desgaste de la pila o batería que alimenta dicho aparato.

b) Accidentales: se producen de una forma aleatoria. No se pueden clasificar dada su gran variedad pero no son de gran importancia en las medidas eléctricas.

Cada vez que realicemos una medida, debemos evitar desconfiar del valor obtenido, pero también razonar si el resultado está en relación con el valor que preveíamos o no se corresponde con este. En caso de que exista una gran diferencia, hemos de pensar que algo raro ocurre y hacer las comprobaciones necesarias.

Entre todos los errores que se pueden cometer al realizar una medida se encuentran los causados por el operario que la realiza. Se suelen cometer con frecuencia, pero son fáciles de eliminar siendo metódicos. Los más frecuentes son:

Errores de cero: se producen cuando al iniciar la medida, no hemos prestado la suficiente atención a la posición del índice (aguja indicadora). Por ello, antes de medir, es conveniente calibrar con el tornillo de ajuste la aguja a cero.

Error de paralaje: ocurre cuando el operario no encara de forma perpendicular la escala del aparato. Se corrige haciendo coincidir la aguja con su proyección sobre la escala. Algunos aparatos suelen incorporar un espejo sobre la escala para facilitar esta tarea.

Estos errores no se suelen dar en los aparatos digitales. Por otro lado, es conveniente conocer la calidad y precisión de los aparatos de medida, de ahí que estudiemos los siguientes conceptos: Error absoluto: es la diferencia entre el valor obtenido y el valor real. Como se ha dicho en párrafos anteriores, es difícil conocer el valor real, por lo que podemos tomar como valor real el obtenido con un aparato de precisión o bien tomar como valor real la media de varias medidas. Este error nos indica cuánto nos hemos equivocado, pero no nos dice nada sobre la calidad de la medida y del aparato con la que se realiza. Se pueden obtener errores tanto positivos como negativos. En el primer caso, se entiende que el aparato mide por exceso y en el segundo se entiende que lo hace por defecto.

ea = valor leído – valor real


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Error relativo: es el resultado de multiplicar por 100 el cociente que resulta de dividir el error absoluto por el valor real. El error relativo se expresa en porcentaje. Este error nos da más información sobre la medida, ya que se refiere al error cometido por unidad de medida. Un aparato se puede considerar bueno cuando da un error relativo por debajo del 2%. Clase de precisión

Si tomamos el error absoluto máximo, lo relacionamos con el valor de final de la escala de medida y lo expresamos en porcentaje, obtenemos un número que define la categoría o clase del aparato, esto es, su grado de precisión. En la Tabla 4.2 se dan las aplicaciones de los aparatos en función de su clase.

Clase de un aparato y su aplicación

Clase 0,1 y 0,2 Instrumentos de gran precisión para investigación Clase 0,5 Instrumentos de precisión para laboratorio Clase 1 Instrumentos de medidas portátiles de corriente continua Clase 1,5 Instrumentos de cuadros y portátiles de corriente alterna Clase 2,5 y 5 Instrumentos de cuadros

Tabla 4.2. Clase de los aparatos de medidas

Caso Práctico Se realiza una serie de medidas con un amperímetro a prueba y un amperímetro patrón. Se obtienen las siguientes lecturas:

1.° 2.° 3.° 4.°

Amperímetro a prueba 1,5 2,5 4 7 Amperímetro patrón 1,6 2 3,8 6,7 Tabla 4.2 a Lecturas obtenidas en la medición.

Caso Práctico Se realiza la medida de intensidad de corriente de un circuito con un amperímetro a prueba y un amperímetro patrón. Se obtienen las siguientes lecturas: Amperímetro a prueba: 4,1 A. Amperímetro patrón: 4 A. Se pide: calcular los errores absoluto y relativo. Solución:

ea = valor leído – valor real = 4,1 – 4 = 0,1 er=

x100=

Caso Práctico Se realiza la medida de tensión de un circuito con un voltímetro a prueba y un voltímetro patrón. Se obtienen las siguientes lecturas: Voltímetro a prueba: 130 V. Voltímetro patrón: 135 V. Se pide: calcular los errores absoluto y relativo. Solución:

ea = valor leído – valor real = 130 – 135 = –5 er=

x100=

Caso Práctico Se realiza la medida de resistencia de un circuito con un óhmetro a prueba y un óhmetro patrón. Se obtienen las siguientes lecturas: Óhmetro a prueba: 540 Ω. Óhmetro patrón: 530 Ω. Se pide: calcular los errores absoluto y relativo. Solución:

ea = valor leído – valor real = 540 – 530 = 10 er=

x100=

http://www.automatismosclic.es/Electricidad/_recursos/unidad_5/doc/ACT%20COMPL%20REF%202.doc


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El amperímetro a prueba tiene una escala de medidas que va desde 0 hasta 10 A y su aplicación. Se pide: calcular la clase (precisión) del amperímetro. Solución: ea1 = valor leído – valor real = 1,5 – 1,6 = –0,1 ea2 = valor leído – valor real = 2,5 – 2 = 0,5 ea3 = valor leído – valor real = 4 – 3,8 = 0,2 ea4 = valor leído – valor real = 7 – 6,7 = 0,3 El error absoluto máximo es 0,5. Por lo tanto, el aparato es de clase 5 (instrumento de cuadro). 4.5. Escalas, campos de medida, campo de lecturas y constante de medida Vamos a describir una serie de conceptos importantes para la toma de medidas eléctricas. 4.5.1 Escalas La escala es la zona graduada de la pantalla del aparato de medida. Sobre esta se desplaza el índice para indicarnos el valor de la medida. Debido a la constitución interna del aparato, obtenemos distintas distribuciones en las divisiones de la escala, tal y como se puede ver en la Tabla 4.3. Pueden ser:

Tabla 4.3. Divisiones de la escala.

.

4.5.2 Campo de medida

El campo de medida, también llamado capacidad o calibre del aparato, es la máxima medida que se puede realizar con un determinado aparato. Los aparatos de medida pueden llevar diferentes campos para una misma magnitud, según las condiciones de conexión, tal y como se puede apreciar en la Figura 4.1.

Fig. 4.1. Ejemplo de aparato de medida con diferentes campos de medidas. Voltímetro. Como observamos en la Figura 5.1, podemos ampliar el campo de medida de tensión cambiando tan solo las bornas de conexión del aparato y conectándolo entre 0 y 150 V, o bien entre 0 y 300 V. 4.5.3 Campo de lectura Cuando realicemos medidas con aparatos analógicos, es conveniente utilizar calibres adecuados para que el fiel se estabilice más o menos centrado en la escala. Así será más fácil apreciar la medida. Como se puede apreciar en la Figura 5.1, existe una zona de la escala en la que no existen divisiones. Esto indica que ese aparato no realiza la medida con precisión en esa zona, con lo que el campo de medidas fiables es el correspondiente a la zona marcada con divisiones. Es el llamado campo de lectura. 4.5.4 Constante de medida Las escalas no suelen tener una división por cada unidad de la magnitud que se está midiendo. Por ello, en la mayoría de los casos, cada división representa varias unidades de medida, de manera que para obtener el valor real es necesario multiplicar el número de divisiones por la constante correspondiente. Dicha constante va a depender del tipo de escala, como vemos a continuación: Escalas uniformemente graduadas: en el amperímetro de la Figura 4.2 tenemos tres constantes de medida, ya que el aparato tiene tres alcances con las mismas divisiones, que se obtienen de la forma siguiente:

Clase =

x100=


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Fig.4.2.Amperímetro con tres alcances de

medidas.

Donde: KI Constante de medida

VM Valor máximo actual

Nt Número total de divisiones

Escalas que precisan acotación: en aquellos aparatos en los que el campo de lectura no se corresponde con el campo de medidas, se recurre a precisar el tramo de lectura del mismo. Así, en el caso del voltímetro de la Figura 5.1, hemos de recurrir a acotar el número de divisiones entre un valor máximo y el valor mínimo, y contar el número de divisiones en ese tramo. Para una mejor comprensión, realizamos a continuación un ejemplo con el voltímetro de la Figura 5.1 para la escala de 150 V. Lo primero sería elegir un tramo de la escala. Para este caso elegimos como valor mayor 120 V y como valor menor 90 V. Se aprecia que en ese tramo hay seis divisiones. Aplicando la expresión: Un display es un dispositivo presente en ciertos aparatos electrónicos, como los teléfonos y las calculadoras, donde se representa de forma visual la información. Donde: KI Constante de medida VM Valor máximo elegido Vm Valor mínimo elegido n Número de divisiones entre ambos

Cuando hablamos de escalas, campos de lecturas o constantes de medidas, hemos de entender que solo es de aplicación a los aparatos de medida analógicos, ya que los digitales presentan el valor directamente sobre la pantalla o display.

4.6 Simbología utilizada en los aparatos de medidas eléctricas

Los aparatos de medida pueden ser analógicos o digitales. Los primeros presentan la medida mediante un índice o aguja que se desplaza sobre una escala graduada y los segundos presentan el valor en una pantalla o display mediante números. Para representar esquemáticamente e interpretar las inscripciones de funcionamiento, se recurre a la simbología normalizada que se recoge en la Tabla 4.4, y en la Tabla 4.5 las aplicaciones de los aparatos de medida.

Antes de realizar alguna medida, es necesario observar las condiciones de funcionamiento del aparato para evitar accidentes y errores en la medida.

KI(0,5) =

=

= 0,02A/ div

KI(2,5) =

=

= 0,1A/ div

KI(5) =

=

= 0,2A/ div

KI(150) =

=

= 5 V/ div


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Tipo de instrumento Clase

De laboratorio 0,1 0,2 0,5

De servicio

1 1,5 2,5 5

Tabla 5.5. Categoría de empleo de los aparatos de medida.

Interpretación de las indicaciones inscritas en los aparatos de medida

Los aparatos de medida llevan, en la parte inferior de la escala, unos símbolos que indican las características tanto constructivas como de funcionamiento de dicho aparato. En la Figura 4.3 se han resaltado estas indicaciones, cuyo significado se explica a continuación.

Las inscripciones superiores de la zona resaltada (VDE) corresponden a las normas y certificaciones que cumple dicho aparato. Significado de las inscripciones del aparato de la Figura 4.3:

Fig. 4.3. Detalle de las indicaciones inscritas en los aparatos de medida.

4.7 Realización de medidas eléctricas fundamentales

En el caso de aparatos de corriente continua, es necesario observar la polaridad de conexión, ya que si se conecta con la polaridad invertida, el índice va a intentar girar en sentido contrario en los aparatos analógicos y nos va a aparecer un signo (–) delante de la medida en los digitales.

Podemos realizar medidas de una forma permanente mediante aparatos de cuadro (véase la Figura 5.4) o bien, de forma aleatoria, mediante aparatos portátiles (véase la Figura 4.5). En ambos casos, estos aparatos pueden ser analógicos o digitales. Fig. 4.4. Aparatos de medida para cuadros.

Al realizar medidas, son de aplicación todos los apartados anteriores referidos a la obtención de resultados y corrección de errores.

Para realizar una medida, podemos utilizar un aparato específico de la magnitud que pretendemos conocer, como por ejemplo medir la potencia eléctrica utilizando un vatímetro (método directo), o bien medir las magnitudes necesarias para deducir la que pretendemos conocer (método indirecto). Por ejemplo, si queremos obtener la potencia eléctrica, medimos la tensión y la intensidad del circuito para obtener el valor de la potencia mediante la expresión: P = UI. Como precaución inicial antes de realizar cualquier medida, es importante seleccionar el aparato idóneo, tanto en el tipo de corriente (continua o alterna) como en la elección del calibre adecuado, con un alcance suficiente para el valor de la magnitud que pretendemos medir.

En los cuadros eléctricos, con el fin de ahorrar costes y espacio, se suelen utilizar conmutadores rotativos tanto de tensión como de intensidad, para poder emplear un solo aparato de medida y no varios, lo que permite obtener el valor de las tensiones e intensidades de un sistema trifásico utilizando un solo voltímetro y un amperímetro. Cuando la tensión o la intensidad son de valor elevado, se suelen conectar los aparatos mediante transformadores de medida, que adaptan el valor de la magnitud al campo de medidas del aparato. Este nos indica el valor real de la medida sobre la escala.

Fig. 4.5. Aparatos portátiles de medida.

4.8. Medida de tensión o diferencia de potencial

Para medir tensión utilizamos el voltímetro (véase la Figura 4.6). Este aparato está formado internamente por una bobina de muchas espiras y muy poca sección, por lo que presenta una gran resistencia interna. Esta resistencia es necesaria para poder conectarlo en paralelo a los puntos donde se pretende realizar la medida, como se ve en la Figura 4.7, medida de tensión en corriente continua, y en la Figura 4.8 medida de tensión en corriente alterna.


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Cuanto mayor sea la resistencia interna del aparato, menos interferencias provocará en el funcionamiento del circuito correspondiente, ya que el aparato consume cierta intensidad.

Fig. 4.6. Voltímetro de cuadro. Fig. 4.7. Medida de tensión en corriente continúa. Fig. 4.8. Medida de tensión en corriente alterna.

Cuando queremos realizar la medida de tensiones en un sistema trifásico, sobre todo en cuadros, podemos recurrir a colocar 3 o 6 voltímetros con el consiguiente aumento de costes y espacio. Para evitarlo, se recurre a la utilización de conmutadores voltimétricos, que permiten realizar la medida entre los tres hilos activos o entre los tres hilos activos y el neutro, con un solo aparato de medida.

En caso de que la tensión sea elevada, recurrimos a adaptar dicha tensión al campo de medidas del voltímetro mediante un transformador de tensión (véase la Figura 4.11). El aparato nos indicará el valor real de la medida, ya que su escala está graduada respecto al valor de entrada del transformador, mientras que el valor de salida es el que se aplica al voltímetro.

Caso Práctico Se pide: realiza el conexionado de voltímetro mediante un transformador de tensión.

Solución: dicha medida se realiza para un circuito monofásico de corriente alterna y se atenderá al montaje de la Figura 4.11. Fig. 4.11. Medida de tensión en corriente alterna mediante un transformador de tensión.

Todos los aparatos de medida no se pueden conectar directamente al circuito que queremos medir. Por eso es imprescindible comprobar las instrucciones de uso antes de utilizarlos.

Como ejemplo de lo anteriormente expuesto, podemos considerar una red de 1000 V de tensión, donde se utilizará un transformador de relación 10 a 1. Esto quiere decir que por cada 10 V de entrada, el transformador da 1 V de salida, que es la tensión que se aplica al voltímetro. En la escala, el valor que se marca es el correspondiente a la tensión que le llega al voltímetro multiplicado por 10. Dicho al revés, si el voltímetro nos indica 700 V, al aparato le están llegando 70 V. Este método solo es válido para corriente alterna, ya que en corriente continua habría que recurrir a los convertidores.

4.9. Medida de intensidad de corriente eléctrica

La intensidad de corriente se mide con el amperímetro (véase la Figura 4.12). Básicamente, está constituido por una bobina con muy pocas espiras y una gran sección. Se conecta en serie con el receptor al que queremos medirle la intensidad que consume en un circuito de corriente continua (Figura 4.13) y en un circuito de corriente alterna (Figura 4.14).

Caso Práctico. Se pide: realiza el conexionado de voltímetros para medir tensiones en un sistema trifásico con neutro. En la Figura 4.9 podemos ver cómo se conecta un conmutador voltimétrico para utilizar un solo voltímetro en un sistema trifás ico. En el

mercado existen voltímetros y amperímetros que incorporan dicho conmutador sobre el mismo aparato, como se ve en la Figura 4.10.

Fig. 4.9. Medida de tensiones en un sistema trifásico. Fig. 4.10. Voltímetro con conmutador incorporado al aparato.

Solución: dicho conexionado se realizará como se indica en la Figura 4.9.

El voltímetro siempre se conecta en paralelo con la carga que queremos medir.

http://www.automatismosclic.es/Electricidad/Medidas_electricas/img/u05_08_grande.jpg


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Fig. 5.12. Amperímetro de cuadro. Fig. 5.13. Medida de intensidad en corriente continua. Fig. 5.14. Medida de intensidad en corriente alterna.

Para que la conexión de este aparato no modifique las magnitudes en un circuito, es necesario que el aparato presente una resistencia interna prácticamente nula, ya que de no ser así, su conexión al circuito provocaría modificaciones en el valor de la resistencia total y en las demás magnitudes derivadas de esta. El amperímetro siempre se conecta en serie con la carga que queremos medir. Hay que prestar especial atención cuando conectamos amperímetros ya que pueden provocar cortocircuitos. En un sistema trifásico, al igual que las tensiones, se pueden utilizar conmutadores para usar solo un amperímetro en vez de varios. También, como en la medida de tensiones, para intensidades elevadas se suelen utilizar transformadores de intensidad que adaptan el valor de esta al campo de medidas del amperímetro, aunque la indicación sobre la escala se corresponde con el valor real. El amperímetro y el transformador han de construirse para este fin.

4.10. Medida de resistencia eléctrica

Otra magnitud fundamental de la que nos interesa conocer su valor es la resistencia eléctrica. Dicha magnitud se mide mediante puentes de medida en laboratorios y mediante el óhmetro en las medidas cotidianas (véase la Figura 4.17). Fig. 4.17. Óhmetro. El óhmetro está constituido por un galvanómetro (aparato medidor con escala graduada en ohmios) y una fuente de alimentación (pila) en serie. La pila es la que permite que circule una

pequeña intensidad por el aparato medidor y por el circuito a medir, ya que este ha de estar desconectado de la red de alimentación. En función de la intensidad que circule, el galvanómetro nos indicará el valor de la resistencia sobre la escala. En los aparatos analógicos, la escala para medir resistencia se gradúa de forma inversa a como se gradúan las demás magnitudes, es decir, el cero se coloca a la derecha de la escala, debido a que cuando la resistencia a medir es nula, el

Caso Práctico Se pide: realiza el conexionado de amperímetro para tomar la medida de intensidad en un sistema trifásico.

Solución: para realizar dicha medida se puede recurrir a montar tres amperímetros (uno por fase), o bien realizarlo mediante conmutador amperimétrico, como se muestra en la Figura 5.15.

Fig. 4.15. Medida de intensidades en sistemas trifásicos.

Caso Práctico Se pide: realiza el conexionado de amperímetro mediante un transformador de intensidad para realizar la medida en un circuito monofásico de corriente alterna. Solución: su montaje se muestra en la Figura 4.16.

Fig. 4.16. Medida de intensidades en corriente alterna mediante transformador de intensidad.





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galvanómetro estará recorrido por la máxima intensidad que puede dar la pila, con lo que la desviación del índice (aguja) del aparato será máxima (fondo de escala). Es en ese punto donde habrá que colocar el valor 0 Ω de la escala. Al contrario, si la resistencia es de valor prácticamente infinito (circuito abierto), el galvanómetro no estará recorrido por ninguna intensidad, con lo que el índice no sufrirá desviación y permanecerá a la izquierda de la escala. En este punto se colocará el valor ∞. Esta distribución de la escala se puede apreciar en la Figura 4.17. Los valores intermedios variarán en función de que la intensidad

que circule por el galvanómetro sea mayor o menor. En los aparatos analógicos, antes de realizar ninguna medida hay que poner a cero el aparato. Esto es debido a que la pila no suele tener siempre la misma carga y por ello se incorpora al aparato una resistencia variable (potenciómetro) en serie, como se ve en la Figura 4.18, con la pila y el galvanómetro, de manera que al puentear las pinzas del aparato, este debe indicar el valor cero de la escala. Si no es así, manipularemos el potenciómetro hasta llevar el índice al valor cero.

Fig. 4.18. Constitución interna del óhmetro.

Con este procedimiento se compensa también el valor de la resistencia de los conductores de prueba del aparato, de manera que el valor indicado por el aparato se corresponderá con el valor real de la resistencia a medir. Este proceso no es necesario en los aparatos digitales, ya que estos hacen la compensación de forma interna. Los óhmetros analógicos llevan el cero a la derecha y es necesario ponerlo a cero antes de realizar alguna medida. Para realizar la medida de resistencia, es necesario observar algunas precauciones previamente, como que el circuito a medir

esté desconectado de la red. Si es un elemento que forma parte de un montaje (acoplamiento de receptores, circuito impreso, etc.), hemos de aislarlo del resto antes de realizar la medida, ya que el acoplamiento puede influir para que el valor obtenido no sea el correcto. Para realizar la medida (véase la Figura 4.19) se colocan las puntas de las pinzas en los extremos de la resistencia a medir y el valor leído en la escala se toma directamente.

Fig. 4.19. Medida de resistencia con óhmetro.

Como se dijo anteriormente, la forma de realizar las medidas expuestas hasta ahora se corresponde con el método directo, y se aplica el aparato específico directamente. También se puede realizar la medida de la resistencia de la lámpara de la Figura 4.20 mediante el método indirecto. Como se puede ver en el siguiente Caso práctico, es necesario medir la tensión, la intensidad y aplicar la Ley de Ohm (R = U/I). Cabe resaltar que la conexión del voltímetro se hace por delante del amperímetro para que este mida solo la intensidad consumida por la lámpara, sin la influencia de la intensidad consumida por el voltímetro.

4.11. Medida con polímetro y pinza amperimétrica

La medición de las magnitudes expuestas hasta ahora (tensión, intensidad y resistencia eléctrica) se puede realizar con el polímetro (multímetro) y con la pinza o tenaza amperimétrica. Fig. 4.21. Distintos modelos de polímetros. Polímetro: como se indicó en la Unidad 1, es un aparato de medidas portátil que se considera una herramienta más del profesional de la electricidad (véase la Figura 4.21). Los podemos encontrar tanto analógicos como digitales, y para su utilización es necesario tener presentes algunas consideraciones. Básicamente, se trata de un aparato múltiple que, dependiendo de donde le coloquemos las pinzas o en qué posición coloquemos el conmutador (véase la Figura 4.22), se comportará como voltímetro, amperímetro u óhmetro, entre otros.

Caso Práctico Se pide: realiza el esquema de montaje para determinar la resistencia de una lámpara de incandescencia por el método indirecto. Comprueba que dicha resistencia dependa de su temperatura. Solución: en el montaje de la Figura 4.20 podemos comprobar la influencia de la temperatura en el valor de su resistencia. Por este motivo, se propone que la tensión aplicada sea variable entre 0 y 230 V. Se puede comprobar que el valor de la resistencia será distinto con los diferentes valores de tensión aplicados al circuito. Para cada valor de tensión se tomará el valor de intensidad y se aplicará la Ley de Ohm.

Fig. 4.20. Medida de la resistencia de una lámpara por el método indirecto.




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Fig. 4.22. Detalle de cómo se ha de cambiar la conexión del polímetro para realizar distintas medidas. En las Figuras de la 4.23 a la 4.27, se ilustra la forma de conexión del polímetro para realizar las medidas de tensión e intensidad, tanto en continua como alterna, así como de resistencia. El aparato utilizado es el de la Figura 4.23, analógico y con conversión de la medida mediante clavijas.

Fig. 4.23. Polímetro analógico.

Obsérvese que en las distintas medidas se mantiene una de las pinzas en la toma común, mientras que la otra pinza se colocará en la toma correspondiente al campo de medidas necesario, y que este aparato posee distintos calibres de medida.

Fig. 4.24. Medida de una tensión en corriente continúa con polímetro.Fig. 5.25. Medida de una tensión en corriente alterna con polímetro.

Fig. 5.26. Medida de intensidad en corriente continúa con polímetro. Fig. 5.27. Medida de una resistencia con polímetro.

2. Realiza una tabla en la que se recojan cuáles son las principales diferencias y similitudes entre el polímetro y la pinza amperimétrica. Pinza o tenaza amperimétrica: al igual que el polímetro, este aparato se fabrica para poder realizar, entre otras, medidas de tensión, intensidad y resistencia, con lo que es también una herramienta imprescindible para el profesional de la electricidad. Como la mayoría de los aparatos de medida, las pinzas o tenazas amperimétricas pueden ser analógicas y digitales. Fig. 4.28. Pinza amperimétrica.

La diferencia entre este aparato y el polímetro es la facilidad con que se pueden realizar las medidas de intensidad, ya que aprovecha el campo magnético que genera un conductor al ser recorrido por una corriente eléctrica para convertirlo en un valor de intensidad. Aunque este fenómeno se estudiará en profundidad en la Unidad 6, hemos de hacer una introducción para poder entender el funcionamiento de la pinza. Todo conductor recorrido por una corriente eléctrica genera a su alrededor un campo magnético circular cuyo centro es el propio conductor. Dicho campo será más intenso (más fuerte) cuanto mayor sea la intensidad que lo recorre. La pinza (véase la Figura 4.28) está formada por una carcasa que agrupa todo el elemento medidor, y adosada a esta se coloca una pinza abatible (de aquí su nombre). Esta pinza está formada por un núcleo magnético en forma de anillo (toro magnético) sobre el que va arrollada una bobina que se conecta al aparato medidor. Esta bobina genera una fuerza electromotriz cuando se somete a la acción de un campo

magnético variable y hace que circule una intensidad por el aparato medidor. Dicha intensidad será mayor cuanto mayor sea la intensidad que queremos medir. Una corriente alterna genera un campo magnético alterno (variable), mientras que una corriente continua genera un campo magnético constante (fijo). Por ello, originariamente la pinza se diseña para medir intensidades en corriente alterna, ya que el campo magnético variable se establece en el anillo de la pinza cuando introducimos el conductor en el interior de esta, tal y como se ve en la Figura 4.29. Como consecuencia de todo ello, obtenemos el valor en la pantalla.


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Fig. 4.29. Medida de intensidad mediante pinza amperimétrica.

Actualmente se comercializan pinzas capaces de medir intensidades en corriente continua que basan su funcionamiento en circuitos electrónicos y que requieren unas condiciones especiales a la hora de realizar la medida. Para medir intensidad con la pinza amperimétrica no es necesario tocar las conexiones del circuito que se pretende medir. La gran ventaja que tienen las pinzas respecto de los amperímetros es que podemos medir intensidades en cualquier circuito sin tener que tocar sus conexiones, como se ve en la Figura 4.29. También se pueden utilizar para comprobar si existe desequilibrio en sistemas trifásicos. Para ello basta con introducir los tres hilos activos dentro de la pinza: si el circuito está equilibrado, la indicación de intensidad debe ser cero; en caso contrario, el circuito está desequilibrado. En el caso de una instalación monofásica, se introducirán los dos hilos que alimentan la instalación en la pinza: si la indicación no es cero, podemos intuir que en algún punto de la instalación hay una fuga a tierra.

4.12. Medida de potencia, factor de potencia y frecuencia

En corriente continua, los receptores se comportan como resistencias óhmicas puras, mientras que en corriente alterna es necesario tener en cuenta otras propiedades además de la resistencia, como son inductancias y capacitancias. La potencia dada por un receptor en corriente continua se determina fácilmente aplicando la expresión P = UI, con lo que se obtiene su valor en vatios. En los circuitos de corriente alterna, los receptores están formados por resistencias, bobinas y condensadores. Cada tipo de receptor provoca que la resolución de los circuitos se haga de forma vectorial y no aritmética, ya que las bobinas y los condensadores provocan un desfase entre la tensión y la intensidad del circuito. Esto no ocurre en corriente continua. Potencias

Fig. 4.30. Triángulo de potencias en un circuito de corriente alterna.

En los circuitos de corriente alterna, se nos presentan generalmente tres tipos de potencia, cuya representación gráfica se muestra en la Figura 4.30. Sus características más relevantes son: Potencia activa: se representa por P y es aquella que produce un trabajo útil en el circuito. Su unidad es el vatio (W) y se mide con el vatímetro. Potencia reactiva: se representa por Q y aparece en los circuitos de corriente alterna cuando existen bobinas y condensadores. No realiza trabajo útil, razón por la que

interesa reducirla al máximo. Su unidad es el voltio-amperio reactivo (VAR) y se mide con el varímetro. Potencia aparente: se representa por S y es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva. Esta es la que determina el valor de la intensidad que va a circular por la línea de alimentación del circuito. Su unidad es el voltio-amperio (VA) y se obtiene realizando el producto UI. 4.12.1. Medida de potencias activas: para la realización de medidas de potencia, hay que distinguir si se hace en corriente continua o alterna, ya que en continua se puede decir que toda la potencia es activa, por lo que la mediremos con el vatímetro (véase la Figura 4.31), al igual que la potencia activa en corriente alterna. Básicamente, un vatímetro está formado por dos bobinas, una amperimétrica y otra voltimétrica. Con esta última se conecta en serie una resistencia óhmica que se encarga de corregir el desfase de tensión e intensidad en el caso de corriente alterna. Fig. 4.31. Vatímetro.

La forma de conexión del vatímetro es exactamente igual tanto para corriente continua como para corriente alterna, si bien hay que tener en cuenta que el aparato debe ser para ese tipo de corriente. Como ejemplo de conexión, se muestran las Figuras 4.32, sistema monofásico, y 4.33, sistema trifásico. En uno y otro caso se realiza conexión directa al circuito. Al igual que los amperímetros y voltímetros, estos aparatos se pueden conectar de forma indirecta mediante transformadores de medida.

Fig. 4.32. Medida de potencias en sistemas monofásicos. Fig. 4.33. Medida de potencias en sistemas trifásicos. En circuitos trifásicos, la Figura 4.33 muestra la forma de medir la potencia en un sistema desequilibrado. Aunque en sistemas equilibrados también es válido, se puede utilizar un solo vatímetro conectado obteniendo el valor de la potencia del circuito al multiplicar el valor de este por tres (Pt = 3 P1).


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.

Medida de potencias reactivas: para medir la potencia reactiva se utiliza el varímetro (véase la Figura 4.35). Básicamente, es similar al vatímetro, pero hay que incorporar al aparato un desfase de 90º entre tensión e intensidad en la bobina voltimétrica. Para ello, se recurre a conectar bobinas y condensadores con la resistencia óhmica del vatímetro, con lo que se obtiene así la medida de la potencia reactiva del circuito. Ni que decir tiene que este aparato es exclusivo para corrientes alternas. Su forma de conexión es idéntica a la del vatímetro. Fig. 4.35. Varímetro.

4.12.2. Factor de potencia Del triángulo de potencias de la Figura 4.30 se deduce que en corriente alterna es conveniente conocer el ángulo de desfase entre la tensión y la intensidad del circuito, ya que la intensidad que recorre el circuito va a depender de este. La potencia reactiva, como ya se dijo, no realiza ningún trabajo útil, además de que las compañías suministradoras suelen

penalizar el consumo de este tipo de energía. Es por ello que, en muchos casos, es necesario conocer no ya el ángulo, sino el factor de potencia cos φ para corregirlo cuando este sea de un valor bajo, pues provocará un consumo excesivo de energía reactiva. Este factor de potencia se mide de forma directa con el fasímetro (véase la Figura 4.36). El fasímetro puede ser inductivo o capacitivo, dependiendo del tipo de receptor, según predominen en el circuito las bobinas o los condensadores.

Fig. 4.36. Fasímetro.

Tanto el vatímetro como el varímetro, el fasímetro y el contador de energía llevan dos circuitos medidores: uno para intensidad conectado como amperímetro y otro de tensión conectado como voltímetro. Al igual que el varímetro, solo se utiliza en corriente alterna y puede ser tanto monofásico como trifásico. Como ejemplo de conexión, observemos la Figura 4.37, que muestra la conexión de un fasímetro monofásico. Hasta ahora hemos tratado la medida de potencias y el factor de potencia de una forma directa, utilizando aparatos que nos dan la medida sobre su escala. Estos aparatos pueden ser monofásicos o trifásicos, tanto analógicos como digitales. Para que la medida no sea errónea, es conveniente prestar atención a las bornas de entrada del aparato, tanto en las bobinas de intensidad como en las de tensión, que vienen indicadas con un asterisco (*). Otra forma de obtener algunas medidas, como ya se ha expuesto anteriormente, es utilizar una forma indirecta. Podemos obtener la potencia reactiva midiendo la potencia activa, la tensión y la intensidad. El vatímetro nos dará la potencia activa P; la potencia aparente S la obtendremos del producto UI, y para obtener el valor de la potencia reactiva, aplicaremos la expresión siguiente:

Fig. 4.37. Conexión de un fasímetro monofásico.

En el circuito de la Figura 4.38 también podemos determinar el factor de potencia mediante el método indirecto. Para ello, tomamos la lectura del vatímetro que se corresponde con el valor de la potencia activa P, y la potencia aparente S la obtenemos del producto UI. Aplicando la expresión que relaciona la potencia activa con la potencia aparente y despejando el factor de potencia, obtendremos:

Caso Práctico Se pide: realiza el esquema de conexionado de un vatímetro monofásico para obtener la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado con neutro. Solución: el esquema de montaje sería el de la Figura 4.34. La potencia total se obtendrá multiplicando por 3 la lectura tomada del vatímetro.

Fig. 4.34. Medida de potencias en sistemas trifásicos equilibrados


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3. Empareja los aparatos de medida, con las medidas para las que se utilizan: • Aparatos de medida: 1) Óhmetro 2) Varímetro 3) Fasímetro 4) Frecuencímetro 5) Voltímetro 6) Amperímetro 7) Vatímetro

8) Contador de energía • Medida: a) Factor de potencia b) Diferencia de potencial c) Intensidad de corriente d) Energía eléctrica e) Frecuencia f) Potencia reactiva g) Resistencia eléctrica h) Potencia activa

4.12.3. Frecuencia

En la generación de corriente alterna, en distintos países la frecuencia se fija en 50 Hz, aunque en Estados Unidos se adoptan 60 Hz. Para poder acoplar generadores o líneas de alimentación es necesario que las frecuencias sean coincidentes, por lo que necesitamos medirlas antes de realizar los acoplamientos. La medida de frecuencia se realiza mediante el frecuencímetro (véase la Figura 4.39). Los frecuencímetros analógicos pueden ser de aguja o de láminas vibrantes. Este aparato se conecta al circuito de la misma forma que el voltímetro, como se muestra en la Figura 5.40. El valor de la frecuencia se obtiene directamente de la escala. La frecuencia, al igual que el factor de potencia, es una magnitud exclusiva de la corriente alterna.

Fig. 5.39. Frecuencímetros analógicos. Fig. 5.40. Medida de frecuencias

4.13. Medida de energía eléctrica

En toda instalación eléctrica existe un consumo de energía, que equivale a unos costes, por lo que resulta necesario conocerlo y evaluarlo. Son las empresas suministradoras de energía las más interesadas en estas medidas, aunque en algunos casos es conveniente saber el consumo de alguna parte de la instalación de manera aislada. La energía eléctrica es, por definición, la potencia utilizada multiplicada por el tiempo de utilización. Si esta potencia fuese constante, podríamos obtener la energía midiendo la potencia con un vatímetro y multiplicándola por el tiempo. En realidad, la Fig. 4.41. Contadores de energía eléctrica. potencia de utilización no suele ser constante, por lo que habrá que recurrir a algún aparato de medida para obtener la energía. Dicho aparato es el contador de energía (véase la Figura 4.41), que realiza la integración de potencia y tiempo.

Caso Práctico Se pide: realiza el conexionado de vatímetro, voltímetro y amperímetro en un circuito monofásico de corriente alterna para determinar

las potencias activa, reactiva y aparente, así como el factor de potencia.

Solución:

Fig. 4.38. Medida de la potencia reactiva y factor de potencia. Método indirecto.

Frecuencia de una corriente alterna es el número de veces que se repite el ciclo en un segundo. Su unidad es el hertzio (Hz) o también ciclos por segundo. La corriente alterna tiene una forma sinusoidal, por lo que se repite periódicamente.


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Pueden ser analógicos o digitales, aunque estos últimos se están imponiendo dada su fiabilidad, sus prestaciones y su reducido tamaño. En cuanto a su conexión, se aplica todo lo expuesto anteriormente para medidas de potencia, en cuanto a activa, reactiva y sus conexiones. Como ejemplo de conexión de estos aparatos, tenemos los representados en las Figuras 4.42 y 4.43, conexión de contador monofásico, y en las Figuras 4.44 y 4.45, conexión de contadores trifásicos.

Fig. 4.42. Conexión directa de contador monofásico.

Fig. 4.43. Conexión de contador monofásico mediante transformadores de intensidad y de tensión

Fig. 4.44. Conexión directa de un contador

trifásico.

Fig. 4.45. Conexión de contador trifásico mediante transformadores de intensidad.

4.14. Medidas eléctricas con aparatos de medidas especiales

Como sabemos, no existen aislantes perfectos. Al someterlos a una diferencia de potencial, pueden aparecer corrientes de fuga, ya sea por insuficiencia o deterioro de estos. Para asegurar el buen funcionamiento de las instalaciones, es necesaria la comprobación de sus aislamientos. El Reglamento electrotécnico de baja tensión (REBT) en su instrucción ITC-BT-19, Apartado 2.9, regula los niveles mínimos de resistencia de aislamiento y rigidez dieléctrica que han de presentar dichos aislamientos.

4.14.1. Medida de resistencias de aislamiento

La resistencia de aislamiento es la resistencia eléctrica medida en ohmios que presentan dos partes activas de una instalación separadas por un aislante. Como esta resistencia suele ser de un valor elevado, se utiliza como unidad un múltiplo: el megohmio (10

6 Ω). Su medida se

realiza con el medidor de resistencia de aislamientos o Megger (véase la Figura 4.46). Básicamente es un aparato que aplica entre los extremos de sus pinzas de prueba una tensión conmutable en corriente continua con valores de 250, 500 y 1000 V. En función de dicha tensión, realiza la medida de resistencia, que se visualiza sobre la escala del aparato. Pueden ser analógicos o digitales. Entre los analógicos, podemos encontrarlos de magneto (generador de corriente a manivela), que es el que se encarga de generar la energía necesaria para realizar la medida. Para realizar la medida es necesario aislar la instalación o parte de la instalación que se pretende comprobar, desconectando los interruptores generales de alimentación.

Fig 4.46.Distintos tipos de Megger

Una vez aislada, se procederá a medir su resistencia de aislamiento con respecto a tierra, así como entre conductores, siguiendo el proceso indicado en el Apartado 2.9 de la ITC-BT-19 del REBT, que se recoge en el Caso práctico 11 expuesto a continuación.


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Caso Práctico

Se pide: realiza el conexionado para obtener la medida de la resistencia de los aislamientos de una instalación. Solución:

1.º Medida de la resistencia de aislamiento de la instalación respecto a tierra (véase la Figura 4.47):

Fig. 4.47. Medida de resistencia de aislamiento entre la instalación y tierra. – Instalación desconectada de la red.

– Todos los receptores conectados. – Interruptores cerrados.

– Se conecta el positivo del Megger al conductor de protección (tierra) y el negativo del Megger al conductor activo de la

instalación, y se realiza la medida.

2.º Medida de la resistencia de aislamiento de cada uno de los conductores respecto a tierra (véase la Figura 4.48): – Instalación desconectada de la red. – Todos los receptores desconectados.

– Interruptores cerrados. – Se conecta el positivo del Megger al conductor de protección (tierra) y el negativo del Megger a todos los conductores (activos y neutro) de la instalación unidos entre sí, y se realiza la medida.

Fig. 4.48. Medida de resistencia de aislamiento entre los conductores de la instalación y tierra.


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4.14.2. Medida de la rigidez dieléctrica

Dieléctrico y aislamiento se pueden considerar como sinónimos. Como se ha dicho anteriormente, no existe un aislante perfecto, ya que en determinadas condiciones, aunque sean extremas, todo aislante se vuelve conductor.

La rigidez dieléctrica es la diferencia de potencial capaz de perforar un aislante. Fig. 4.51. Medidor de rigidez dieléctrica de sólidos.

El Apartado 2.9 de la ITC-BT-19 del REBT determina que los aislamientos de toda instalación han de soportar durante un minuto una prueba de 2U + 1000 V a frecuencia industrial siendo U la tensión máxima de servicio de la instalación, y con un mínimo de 1500 V. Durante los ensayos, los receptores estarán desconectados y los interruptores cerrados. Este ensayo se realizará entre todos los conductores de la instalación incluido el neutro, con relación a tierra y entre conductores. Se lleva a cabo mediante el medidor de rigidez dieléctrica de sólidos (véase la Figura 5.51). Obsérvese que las pinzas de prueba incorporan medidas de seguridad importantes, ya que aplican altas tensiones. El aparato de la Figura 5.51 lleva un autotransformador regulable para seleccionar la tensión de prueba, que se visualiza en el voltímetro incorporado al aparato.

Es recomendable no realizar este ensayo más de una o dos veces, ya que los materiales se exponen a condiciones extremas y los aislamientos podrían deteriorarse.

Caso Práctico

3.º Medida de la resistencia de aislamiento entre conductores (véase la Figura 4.49): – Instalación desconectada de la red.

– Todos los receptores desconectados. – Interruptores cerrados. – Se conecta el positivo del Megger a un conductor de la instalación y el negativo del Megger a otro de los conductores de la

instalación. La medida se realizará sucesivamente entre los conductores tomados dos a dos, incluido el neutro.

Fig. 4.49. Medida de resistencia de aislamiento entre los conductores de la instalación.

En todos los casos. Realizadas las medidas, la instalación debe presentar unos valores de resistencia de aislamiento, mayores o iguales a los recogidos en la Tabla 4.6, correspondientes al Apartado 2.9 de la ITC-BT-19 del REBT.

Tensión nominal de la instalación

Tensión de ensayo en corriente continua (V)

Resistencia de aislamiento (MΩ)

Muy baja tensión de seguridad(MBTS) Muy baja tensión de protección (MBTP)

250 ≥ 0,25

Inferior o igual a 500 V, excepto caso anterior 500 ≥ 0,5

Superior a 500 V 1000 ≥ 1,0

Tabla 4.6. Valores mínimos de resistencias de aislamiento en las instalaciones de baja tensión. En caso de que se quiera medir la resistencia de aislamiento de una máquina eléctrica o un receptor cualquiera, realizaremos la medida como se indica en la Figura 4.50.

Fig. 4.50. Medida de resistencias de aislamiento en una máquina eléctrica o electrodoméstico.


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4.15. Medida de resistencia de tierra

Aunque las tomas de tierra serán estudiadas en la Unidad 7, que corresponde a la Seguridad en las instalaciones eléctricas, en esta Unidad veremos la forma de realizar su medición. Se denomina puesta a tierra, toma de tierra o simplemente tierra a un conductor metálico enterrado en el suelo. La puesta a tierra de las instalaciones se hace uniendo las partes metálicas de la instalación mediante un conductor de sección adecuada, sin fusible ni protección alguna, hasta la toma de tierra, permitiendo así el paso de las corrientes de defecto a tierra y asegurando el correcto funcionamiento de los aparatos de protección. De lo dicho anteriormente se desprende que es necesario conseguir una resistencia a tierra de valor mínimo, ya que así estaremos dando mayor facilidad al paso de las corrientes de defecto. Una buena toma de tierra es aquella que posee un valor de resistencia de contacto mínimo entre el electrodo y el terreno. El REBT, en su instrucción ITC-BT-18, establece las condiciones que deben reunir las tomas de tierra en las instalaciones eléctricas. Medidas de resistencias de tierra Para realizar la medida de resistencias de tierra utilizaremos el telurómetro o medidor de resistencia de tierra (véase la Figura 4.52). Este aparato realiza la medida utilizando picas de referencia a unas distancias determinadas de la toma de tierra a medir y nos da el valor de la resistencia directamente sobre la escala. Fig. 4.52. Distintos modelos de telurómetros.

Antes de poner en servicio cualquier instalación, hay que comprobar todas las magnitudes marcadas en el REBT, asegurándonos de que estas estén dentro de los valores marcados por dicho reglamento. Medidores de resistencia de tierra

Como se ha dicho anteriormente, para medir una toma de tierra se han de montar picas de referencia para realizar la medida a través de ellas. Cada fabricante acompaña el aparato de medida de las picas y los cables de conexión, e indica las distancias a las que hay que colocar las picas de referencia. En la Figura 4.53 se ilustra esquemáticamente la conexión y situación de las picas para realizar la medida de resistencia de tierra. En algunos casos en los que es difícil utilizar picas de referencia, se hace utilizando placas humedecidas a las mismas distancias que las picas.

Fig. 5.53. Esquema de conexionado de telurómetro para medir la resistencia a tierra.

D. Aparatos de medidas obligatorios según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión

El REBT, en su instrucción técnica ITC-BT-05, regula las condiciones para la verificación e inspección de las instalaciones de baja tensión y recoge entre otras las verificaciones que han de llevarse a cabo antes de la puesta en servicio de las instalaciones, siguiendo la metodología expuesta en la norma UNE-20 460/6-61. Fig. 4.54. Comprobador de diferenciales KMI 3122 Z Line Loop RCD. (Cortesía de Temper.)

Para realizar dichas verificaciones, en la instrucción ITC-BT-03 del REBT se dan los medios técnicos con que han de contar las empresas instaladoras. El Apartado 2 del Apéndice clasifica a las empresas instaladoras en dos tipos: categoría básica y categoría especialista. Fig. 4.55. Pinza detectora de fugas KPF 01. (Cortesía de Temper.)

En las dos se recogen los medios mínimos necesarios, tanto humanos como técnicos, con los que han de contar las dos categorías. Estos son algunos aparatos de medidas en la categoría básica: • Telurómetro. • Medidor de aislamiento. • Multímetro para las siguientes medidas: – Tensión en continua y alterna hasta 500 V. – Intensidad en continua y alterna hasta 20 A. – Resistencias. • Medidor de corrientes de fuga. • Detector de tensión. • Analizador registrador de potencia y energía para corriente alterna trifásica.

• Equipo verificador de la sensibilidad de disparo de los interruptores diferenciales. • Equipo verificador de continuidad de conductores. • Medidor de impedancia de bucle. • Luxómetro con rango de medida adecuado para el alumbrado de emergencia. Las empresas fabricantes de aparatos de medidas tienen en el mercado los aparatos específicos exigidos por el REBT. Fig. 4.56. Luxómetro KL 6610. (Cortesía de Temper.)




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Como ejemplo de aparatos de los que no se ha hablado en esta unidad, se ilustran los de las marcas Koban y Metrel de la empresa Temper: equipo verificador de la sensibilidad de disparo de interruptores diferenciales, pinza detectora de fugas y luxómetro (véanse las Figuras 4.54, 5.55 y 4.56). Para realizar comprobaciones de diferenciales tanto estándares como selectivos: – Corrientes de disparo. – Tiempo de disparo. – Tensión de contacto. – Medición de tensión. – Medición de la resistencia de tierra por bucle. Fig. 4.57. Comprobador Eurotest 61557 KMI 2086. (Cortesía de Temper.)

Actualmente los fabricantes de aparatos de medida están integrando la mayoría de las medidas obligatorias del REBT en un solo aparato con el fin de hacerlo más manejable y que a la vez sea capaz de almacenar los datos obtenidos de las distintas medidas, así como procesarlas mediante PC. Es el caso del analizador de redes de la marca Metrel que aparece en la Figura 5.57, del que también se ilustran algunos ejemplos de medida. Este aparato, además de realizar la mayoría de las verificaciones de seguridad obligatorias en las instalaciones eléctricas, permite la intercomunicación con PC para la recogida y el procesamiento de datos. Las medidas que se pueden realizar con él son: • Resistencia de aislamiento. • Continuidad de conductores de protección. • Continuidad. • Resistencia de bucle e impedancia de bucle. • Impedancia de línea. • Posible corriente de cortocircuito. • Tensión/frecuencia. • Resistencia de tierra.

• Resistividad del terreno. • Secuencia de fases. • Comprobación de diferenciales. • Intensidades, intensidades de pico y corrientes de fuga. • Medición de potencia y energía en monofásica. • Factor de potencia. • Análisis de armónicos.

A continuación se ilustran los esquemas de conexión de dicho aparato para realizar algunas de las medidas que se pueden obtener con él. Para saber más sobre medidas eléctricas, puedes visitar las siguientes páginas Web: www.temper.es www.saci.es www.htinstruments.com

Fig. 4.58. Esquema de conexionado para la medida de la resistencia de aislamiento mediante el Eurotest 61557 KMI 2086.

Fig. 4.59. Esquema de conexionado para la medida de la resistencia de tierra mediante el Eurotest 61557 KMI 2086.

Fig. 4.60. Esquema de conexionado para la comprobación de interruptores diferenciales mediante el Eurotest 61557 KMI 2086.

Fig. 4.61. Esquema de conexionado para la medida de la potencia y energía mediante el Eurotest 61557 KMI 2086.

http://www.temper.es/

http://www.saci.es/

http://www.htinstruments.com/


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Conceptos Básicos

Amperímetro. Aparato destinado a medir intensidades. Se conecta en serie con la carga qué se pretende medir.

Campo de lectura. La zona graduada de la escala.

Campo de medida. Máxima medida que se puede realizar con un aparato.

Clase de precisión. Al realizar una medida ésta puede tener mayor o menor precisión. Será más preciso el que tenga un valor menor en su clase.

Contador de energía eléctrica. Aparato destinado a medir el consumo de energía eléctrica tanto activa como reactiva. Su conexión es similar al vatímetro.

Constante de medida. Valor por el que hay que multiplicar el valor leído para obtener el Valor real

Cualidades de los aparatos. Sensibilidad, precisión, exactitud, fidelidad y rapidez.

Errores. Son las diferencias entre las medidas obtenidas y las medidas reales. Pueden ser sistematicos o accidentales.

Sistemáticos: - Metodológicos: método inadecuado.

- Ambientales: influencia del entorno en la medida. - Personales: falta de habilidad de quien mide. - Instrumentales: los achacables a los aparatos.

Accidentales: - Error de cero: aparato mal calibrado. - Error de paralaje: mala colocación al medir.

Error absoluto. Es un error instrumental que se define como la diferencia entre el valor leído y el valor real.

Error relativo. Es el referido al porcentaje de error que comete en la medida un aparato.

Fasímetro. Aparato destinado a medir el factor de potencia del circuito. Sólo sirve para corriente alterna.

Su conexión es similar al vatímetro.

Frecuencímetro. Dispositivo que mide la frecuencia del circuito, válido sólo pura corriente alterna. Se

conecta en paralelo.

Medir. Es comparar una medida dada con otra que tomamos como unidad.

Megger. Aparato destinado a medir la resistencia de los aislamientos de las instalaciones eléctricas.

Método directo de medida. Medida realizada con un aparato especifico para la magnitud que se mide.

Método Indirecto de medida. Medida efectuada con aparatos que miden magnitudes distintas de las que

deseamos conocer, pero con las que podemos deducir la que nos interesa.

Óhmetro. Aparato para medir resistencia eléctrica. Se conecta directamente a la resistencia que queremos

medir, la cual debe estar desconectada y aislada del circuito del que forma parte y nunca bajo tensión.

Pinza amperimétrica. Aparato capaz de medir intensidades sin necesidad de manipular las conexiones del

circuito.

Polímetro. Dispositivo capaz de realizar medidas de distintas magnitudes eléctricas.

Telurometro. Aparato destinado a medir la resistencia de tierra de las instalaciones eléctricas.

Varimetro. Aparato destinado a medir potencia reactiva sólo en corriente alterna. Se conecta igual que el

vatímetro.

Varimetro. Aparato que mide potencia eléctrica, tanto en continua como alterna (potencia activa en

corriente alterna). Está formado por dos bobinas. (Amperimétrica y voltimétrica) que se conectan en serie

y paralelo, respectivamente, al circuito.

Clase =

x100=

ea = valor leído – valor real

er=

x100

ciclo formativo de grado superior 2º sistemas de

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