martes, 10 de marzo de 2009

Instalaciones Electricas Residenciales- Unidad 1

INTRODUCCION

Este curso sobre electricidad residencial fue realizado con fragmentos de otros autores los cuales se Irán mencionando en cada fragmento utilizado, con la finalidad de obtener un curso lo mas entendible posible llevando una secuencia de tal manera que el alumno, al final, captara en su totalidad los requerimientos y el tipo de instalación que se necesita en las instalaciones residenciales.

El curso esta diseñado en forma practica para un mejor entendimiento en las instalaciones de residencias, pero sin dejar de ver los principios teórico-practico de la electricidad.

En el material didáctico también se estará indicando su procedencia y la bibliografía del mismo por si al alumno le interesa consultar más al respecto.

Al final de cada unidad se incluye un cuestionario de preguntas o problemas a realizar para que el alumno pueda ir midiendo su capacidad de entendimiento y a la vez que le sirva de práctica.

Al final de este manual se encuentran las respuestas de los ejercicios de cada unidad con la finalidad de que el alumno compruebe y verifique el resultado de cada ejercicio.

Al término del curso el practicante será capaz de interpretar y elaborar diagramas de circuitos eléctricos, realizar diseños de instalaciones eléctricas residenciales y tener la capacidad de poder realizar las instalaciones físicamente.


INDICE

1. Fundamentos de electricidad

1.1. Conceptos básicos

1.2. Fuentes generadoras de electricidad

1.3. Tipos de corriente eléctrica

1.4. Los Transformadores

1.5. Leyes eléctricas

I.- FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

1.1. CONSEPTOS BASICOS

Acometida: Componentes y equipo necesario para llevar la energía eléctrica desde un sistema de suministro asta el sistema de la propiedad a alimentar.

Alimentación: Línea de conducción eléctrica para abastecer de energía a todas las cargas de un establecimiento.

Amarre o Empate: Unión de dos o mas conductores para obtener una continuidad entre los mismos conductores.

Conductor: Cable formado por varios alambres trenzados entre si y forrados con material plástico aislante utilizado en las instalaciones eléctricas para conducir la corriente eléctrica.

Carga Eléctrica: Es la capacidad que tienen algunos cuerpos para poder conducir la corriente eléctrica.

Carga Real: son las cargas que están compuestas por elementos resistivos y consume una potencia real en watts.

Carga Aparente: son las cargas que están compuestas por una combinación de elementos inductivos, capacitivos o resistivos y consume una potencia aparente en voltamperios.

Circuito: Grupo de cargas eléctricas a las cuales se les suministra energía con un alimentador independiente de otros circuitos.

Instalación Oculta: Instalación donde sus canalizaciones van ocultas o empotradas en pared, muro o loza.

Instalación visible: Instalación donde sus canalizaciones van sobrepuestas y sin protección contra danos mecánicos.

Sistema Monofásico 2 Hilos: Alimentación de corriente eléctrica de solo una línea viva (Fase) y neutro.

Sistema Bifásico: Alimentación de corriente alterna con 2 fases desfasadas entre si 90 grados.

Sistema Trifásico: Alimentación de corriente alterna con 3 fases desfasadas entre si 120 grados.

Conductor de puesta a tierra: Conductor utilizado para conectar de un equipo el circuito puesto a tierra de un sistema de alambrado al electrodo de puesta a tierra .

Conductor Puesto a tierra: Conductor de un sistema o equipo intencionalmente puesto a tierra (NEUTRO).

Electricidad
Es el movimiento de cargas eléctricas las cuales son llamadas electrones.


Electricidad Estática
Es el resultado de electrones que han sido movidos de su posición normal en sus átomos generalmente mediante la fricción.


Electricidad Dinámica
Es un flujo de electrones continuo y controlado, se requiere mantener un cierto voltaje que empuje los electrones en forma continua. Este voltaje generalmente se conoce con el término de Fuerza Electromotriz (FEM).


Voltaje
Es la diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos. Para mantener esta diferencia debemos de tener un exceso de electrones en un cierto lugar y una deficiencia de protones en otro lugar.
Como por ejemplo en una batería o acumulador de automóvil.

Potencia
La potencia o energía eléctrica viene siendo la velocidad con que la energía eléctrica es convertida en otra forma de energía.


Ejemplo. En un molino de agua, entre más agua fluya, mayor será la velocidad de las vueltas del molino, al acoplar un motor al eje del molino este generara una potencia la cual dependerá de la velocidad del molino.

1.2. FUENTES GENERADORAS DE ELECTRICIDAD
Existen diferentes fuentes de generación de electricidad. La finalidad de cada una de esas fuentes generadoras de electricidad es transformar y transmitir la electricidad.

A continuación enlistamos algunas fuentes generadoras de electricidad:

Generador Eólico. Se usa la fuerza del viento por medio de unas aspas para mover el eje de un generador eléctrico.


Generador Hidráulico. En la antigüedad se utilizaban los molinos de agua para generar la electricidad, en la cual se aprovechaba la fuerza ejercida de un flujo de agua desde un nivel superior a otro inferior cayendo sobre las aspas de una polea grande de madera acoplada a un generador de electricidad.


enerador solar fotovoltaico. Se aprovecha los rayos del sol por medio de celdas solares las cuales están constituidas por materiales semiconductores.

Central Termoeléctrica. Estas centrales por lo regular utilizan un gas natural para calentar agua generando vapor que mueve una turbina de vapor.


Generador Nuclear. Se caracteriza por el empleo de materiales fusionables que mediante una reacción nuclear proporcionan calor el cual es empleado para mover un alternador y así producir electricidad.


Generador Mareomotriz. Se denomina así por que la energía es extraída del mar, puede provenir de las mareas, de las olas o del gradiente térmico con la profundidad.


1.3. TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA
Existen dos tipos diferentes de corriente eléctrica, Corriente Directa (CD) y Corriente Alterna (CA).

Corriente Directa: Es un flujo de electrones que fluyen en una sola dirección manteniendo una misma polaridad del voltaje, en una batería o fuente de FEM uno de los polos es siempre positivo y el otro negativo. La Corriente Directa puede parar, arrancar o cambiar su magnitud pero siempre fluye en la misma dirección.

La Corriente Directa es semejante al flujo de un líquido tal y como se muestra en la figura 1.1:
Figura: 1.1 Esquema de Corriente Directa

En este esquema tenemos el tanque A con mayor nivel de líquido que el tanque B, por lo cual existe un potencial para que fluya el líquido, esto es muy similar a la presión eléctrica de voltaje que se ejerce en una batería. La válvula se opone al paso del agua según este abierta o cerrada semejante a la resistencia de una carga que se opone al paso de la corriente.
Con la bomba se estará reciclando el líquido para mantener un flujo continuo. Esto es lo que pasa cuando se produce una corriente continua de electricidad, el voltaje permanece y hace que los electrones fluyan alrededor del circuito en forma continua.

Corriente Alterna: En una fuente de corriente alterna el voltaje que se produce regularmente esta alternado su sentido, la polaridad del voltaje cambia debido a la forma en que se genera la electricidad.
Figura: 1.2 Esquema de Corriente Alterna

En la figura 1.2 se representa un pistón neumático o hidráulico, cuando el pistón se mueve hacia la izquierda se genera una presión en un sentido pero cuando el pistón se mueve hacia la derecha la presión se genera en el sentido inverso.

En un grafico o en la pantalla de un osciloscopio la corriente directa siempre aparece sobre un lado del eje cero. Pues su polaridad nunca cambia

Figura: 1.3 Grafica de Corriente Directa
En cambio la corriente alterna cambia tanto en magnitud como en dirección. En un osciloscopio tanto el voltaje como la corriente aparecen a ambos lados del eje cero tal y como se muestra en el siguiente esquema.

Figura: 1.4 Grafica de Corriente Alterna
Este ciclo de aumento, disminución e inversión, es debido al efecto eléctrico llamado INDUCCION ELECTROMAGNETICA. Que es la capacidad que tiene un campo magnético de generar, un voltaje o una corriente en un conductor sin necesidad de que exista algún contacto físico.

Figura: 1.5 Inducción Electromagnética


Al existir un campo magnético entre el conductor se induce un voltaje.

Figura: 1.6 Inducción Electromagnética (Circuito Cerrado)

Al acoplar una carga en las terminales del conductor, se vuelve parte del circuito y así empieza a fluir la corriente.


Figura: 1.7 Generación de Voltaje
Los generadores transforman el movimiento rotatorio en flujo de corriente. El voltaje se genera cuando se hace girar una bobina dentro de un campo magnético.
Así también en los motores de C. A. se transforma el flujo de la corriente eléctrica en movimiento rotatorio.

El voltaje y la corriente alterna, producidos por el movimiento rotatorio toman la forma de una onda o curva sinusoidal. Esta es la forma más común de la representación del voltaje y la corriente alterna.

CORRIENTE ALTERNA TRIFASICA
En el caso de la corriente alterna trifásica existen tres bobinas en vez de una. Las tres bobinas están espaciadas entre si 120˚. Al girar las bobinas dentro del campo magnético se originan tres ondas sinusoidales de corriente y de voltaje desfasadas 120˚ entre si. Así cada onda sinusoidal representa el voltaje y la corriente de cada una de las fases.
Figura: 1.8 Grafica de Corriente Alterna Trifásica

La mayor parte de la energía eléctrica se distribuye en forma de corriente eléctrica trifásica y cuando se necesita electricidad de una sola fase esta se encuentra disponible entre dos fases cualesquiera o en algunos sistemas entre una de las fases y tierra.


1.4. LOS TRANSFORMADORES
Existen tres tipos diferentes de transformadores:
Transformador Elevador. Sirve para pasar de un voltaje menor a un voltaje mayor.
Transformador Reductor. Sirve para pasar de un voltaje mayor a un voltaje menor.
Transformador Aislador. Sirve para mantener aislado un voltaje de otro siendo los dos de la misma magnitud.

En los transformadores se genera un campo magnético alrededor de sus conductores debido al flujo de la corriente que circula por los conductores.
Los transformadores están formados por una bobina primaria conectada al circuito de la fuente, y por una bobina secundaria conectada al circuito de la carga tal y como se muestra en la figura.
Figura: 1.9 Principio del Transformador

Cuando la corriente alterna fluye a través de la
bobina primaria, su campo magnético en expansión y contracción induce un voltaje y una corriente en la bobina secundaria, esto sucede mientras las líneas de fuerza se mantienen atravesando el devanado de la bobina secundaria.Cada vuelta de la bobina primaria contara con una porción igual del total del voltaje primario. El mismo voltaje es inducido en cada vuelta de la bobina secundaria.
De esta manera tendremos una relación entre el número de vueltas del secundario y del primario. Esto nos permite calcular el voltaje secundario cuando se conoce el voltaje primario y la proporción de las vueltas.

Existen también los Auto transformadores. En ellos el primario y secundario comparten un mismo devanado.
Al devanado se le hace una derivación en cualquier lugar para formar ya sea la porción primaria o la porción secundaria.

EL SISTEMA EDISON
En la mayoría de los casos CFE suministra la energía eléctrica en un solo alimentador de 3 conductores, 2 están energizados y uno es el neutro a tierra.

Figura: 1.10 Esquema del Sistema Edison
1.4. LEYES ELECTRICAS

LEY DE OHM
En la ley de ohm podemos observar la relación que existe entre el voltaje, la corriente y la resistencia de acuerdo a la siguiente formula.

V = I X R
Donde:

V = Fuerza Electromotriz medida en voltios. Esto equivale a corriente en movimiento a través de un conductor.

I = Intensidad de Flujo de Electrones medida en Amperios.

R = Resistencia u oposición que tienen algunos cuerpos al paso de la corriente, medida en Ohmios.

La ley de ohm nos dice que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Si aumenta la resistencia la corriente disminuye.

LEY DE WATTS
La ley de Watts nos muestra la relación que existe entre la corriente multiplicada por el voltaje.
Ya que viene siendo la tasa a la cual la energía eléctrica se convierte en otra forma de energía.

P = I X V

En la siguiente figura se muestra la relación entre si de cada uno de los conceptos anteriores.

Figura: 1.11 Relación de los Elementos de la Electricidad
En este diagrama se resumen las relaciones de los cuatro elementos básicos (Voltaje, Amperaje, Resistencia y Potencia).
A continuacion se te presenta un breve cuestionario el cual puedes contestar para aplicar tus conosimientos adquiridos.
CUESTIONARIO
Seleccione la respuesta adecuada en cada una de las preguntas.
La electricidad estática es:
a) Es un flujo de electrones continuo y controlado.
b) Es la diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos.
c) Es el resultado de electrones que han sido movidos de su posición normal.
d) Es el movimiento de cargas eléctricas las cuales son llamadas electrones.

El voltaje se define como:
a) Una descarga estática.
b) Un alto voltaje.
c) Una reacción química.
d) La diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos.

Una fuente generadora de electricidad se encarga de:
a) Obtener energía potencial.
b) Mantener un alto voltaje.
c) Transformar y transmitir la electricidad.
d) Igualar un voltaje.

Cual de estos equipos es un generador:
a) Regulador.
b) Transformador de potencia.
c) Transformar y transmitir la electricidad.
d) Central Termoeléctrica.

La corriente directa es:
a) Electrones desplazados de su posición.
b) Es un flujo de electrones que fluyen en una sola dirección manteniendo una misma polaridad del voltaje.
c) Electrones desplazados de su posición.
d) Efecto eléctrico llamado inducción.

Que es electromagnetismo:
a) Un flujo de electrones que esta alternado su sentido.
b) Los vatios multiplicados por el tiempo.
c) Es la capacidad que tiene un campo magnético de generar, un voltaje o una corriente en un conductor sin necesidad de que exista algún contacto físico.
d) Ondas sinusoidales de corriente y de voltaje desfasadas 120˚ entre si.

La corriente alterna trifásica esta definida por:
a) Por tres bobinas que están espaciadas entre si 120˚.
b) Altos voltajes.
c) Una reacción química.
d) La presión generada en un tubo.

Sirve para mantener aislado un voltaje de otro siendo los dos de la misma magnitud:
a) Generador solar fotovoltaico.
b) Transformador elevador.
c) Una descarga estática.
d) Transformador aislador.
e) Transformador reductor.

La formula de la ley de ohm es:
a) La potencia dividida por el voltaje.
b) La potencia multiplicada por el tiempo.
c) Voltaje igual a la corriente multiplicada por la resistencia.
d) La potencia multiplicada por 746.

La formula de la ley de watts es:
a) El trabajo producido entre la energía que entra.
b) La potencia igual a la corriente multiplicada por el voltaje.
c) La diferencia de potencial dividido por la raíz de 3.La potencia multiplicada por 746 y entre 2.

Ing. Guillermo Sanchez Lopez
Diseno Electrico Industrial

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