pcpi practica 1 electricidad

PCPI - fontanería Práctica Taller1 - Electricidad 09/2010

P-1 Electricidad

El fontanero, además de hacer las conexiones de agua en bombas, termos, calderas, etc., también debería tener unos conocimientos básicos de cómo realizar las conexiones eléctricas de estos aparatos y de la potencia eléctrica de conexión que requieren.

Por esta razón, la primera práctica de taller será la de montar circuitos eléctricos sencillos y practicar con ellos el uso del polímetro.

Estas prácticas servirán para aprender a:

• medir tensión

• medir intensidad

• medir continuidad y resistencia eléctrica

• calcular la potencia eléctrica absorbida por un aparato eléctrico

• conocer el funcionamiento de un interruptor, conmutador y cruzamiento eléctrico

P-1.1 Conocimientos teóricos

La electricidad es una forma de energía que utilizada para:

• hacer funcionar motores, p.ej. bomba de agua

• generar calor, p.ej. termo eléctrico

• iluminar, p.ej. lámpara

• hacer funcionar aparatos electrónicos

Como se ve en estos ejemplos, la energía eléctrica se puede transformar en calor (termo), movimiento de agua (bomba), radiación (lámpara). Esta característica de la electricidad, de poder transformarse fácilmente en cualquier otro tipo de energía, la hacen muy valiosa.

Paulino Posada BLOG PQPI LAMPISTERIA IES AURORA PICORNELL pàg. 1 de 37

http://pqpilampisteriaiesaurora.blogspot.com/



En la naturaleza no se dan reservas de electricidad que puedan aprovecharse. Para conseguir electricidad es necesario generarla en centrales eléctricas. Generar, transportar y almacenar electricidad son procesos complejos que requieren emplear recursos naturales (carbón, petroleo, gas. uranio) y causan gran impacto ambiental (CO2, residuos nucleares), por ello hemos de intentar reducir el consumo eléctrico al mínimo posible.

Vídeos:

http://www.youtube.com/watch?v=_h5EQlI6Jfg&feature=related

P-1.2 El circuito eléctrico

Para observar el efecto de la electricidad es necesario un circuito eléctrico. El circuito eléctrico está compuesto por una fuente de electricidad (generador), un aparato que funciona con electricidad (consumidor) y los cables conductores que unen al generador con el consumidor, conduciendo la energía eléctrica desde su origen (generador) a su destino (consumidor).

Un circuito de calefacción, se parece a un circuito eléctrico porque también conduce energía, en este caso calor, del generador al consumidor. En el circuito de calefacción el generador (de calor) es la caldera, el consumidor el radiador (emisor de calor) y los conductores del calor son las tuberías. En el circuito de calefacción el medio portador de calor es agua.

Ambos circuitos han de estar cerrados para poder conducir la energía del generador al consumidor.

Un caso muy sencillo es el de un circuito compuesto por una pila (generador) una lámpara (consumidor) y los cables de conexión entre pila y lámpara (conductores).



http://www.youtube.com/watch?v=_h5EQlI6Jfg&feature=related




Símbolos eléctricos comunes




P-1.3 El interruptor

Para desonectar un consumidor cómodamente (p.ej. apagar la luz) se utiliza un interruptor.

Al interruptor se conectan 2 cables conductores.

P-1.4 Construcción de un interruptor

Construye un interruptor según el siguiente croquis:





P-1.5 Montaje circuito eléctrico

Descripción:

Circuito en el que con un interruptor se enciende y apaga una lámpara.

Ejercicios:

• Dibuja el esquema eléctrico del circuito con todos sus componentes.

• Monta el circuito

• Mide la tensión en la lámpara y dibuja el esquema incluyendo el voltímetro

• Mide la corriente eléctrica (intensidad) que recorre el circuito y dibuja el esquema incluyendo el amperímetro





P-1.6 El conmutador

El conmutador es un interruptor con 2 salidas. Se puede utilizar para conectar 2 cosumidores alternativamente. Permite conectar el consumidor 1 o el cosumidor 2. En la práctica podemos encontrar conmutadores en el cuadro de mando de un grupo de presión con dos bombas. El conmutador permite elegir el funcionamiento de la bomba 1 o de la bomba 2.

Al conmutador de conectan 3 cables conductores.


Conmutador 1

2




P-1.7 Construcción de un conmutador

Construye un conmutador según el siguiente croquis:






Descripción:

Circuito en el que con un conmutador se enciende y apaga alternativamente una lámpara.

Un interruptor debe desconectar ambas lámparas.

Ejercicios:



• Mide la tensión y corriente en cada lámpara y dibuja el esquema incluyendo voltímetro y amperímetro

• Mide la corriente eléctrica (intensidad) que recorre el interruptor y dibuja

el esquema incluyendo el amperímetro


Conmutador1

2

Conmutador1

2





Imagen P1.8 - 1





Detalle 1 imagen P1.8 - 1

Detalle 2 imagen P1.8 - 1





Descripción:

Circuito en el que con dos conmutadores se enciende y apaga una lámpara al accionar

cualquiera de los conmutadores.

Ejercicios:



• ¿Donde se utiliza este tipo de circuito?


Conmutador 1 Conmutador 2




P-1.10 El cruzamiento

El cruzamiento es un interruptor con 2 entradas y 2 salidas. Un ejemplo de utilización es el de apagar y encender una luz desde 3 o más puntos de mando.

Al cruzamiento se conectan 4 cables conductores.


Cruzamiento Cruzamiento

Posición 1

Cruzamiento

Posición 2

Conmutador 1 Conmutador 2Cruzamiento

Conmutador 1 Conmutador 2Cruzamiento

Posición 2

Posición 1




P-1.11 Construcción de un cruzamiento

Construye un cruzamiento según el siguiente croquis:






Descripción:

Circuito en el que con dos conmutadores y dos cruzamientos se enciende y apaga una

lámpara al accionar cualquiera de los conmutadores o cruzamientos.

Ejercicios:



• ¿Donde se utiliza este tipo de circuito?


Conmutador 1 Conmutador 2Cruzamiento 1 Cruzamiento 2




P-1.13 Montaje de un cable para medir intensidad de corriente y tensión en un consumidor conectado a un enchufe

Para conocer la corriente que absorbe un aparato (consumidor), necesitamos abrir el circuito e intercalar el polímetro. Montando en un tramo de cable conductor una toma hembra en un extremo, una toma macho en el otro extremo e interrumpiendo uno de los conductores, al que se conectan 2 bornes, disponemos de un cable interrumpido en uno de sus conductores al que resulta fácil conectar el polímetro para medir la intensidad de la corriente.

Para medir también la tensión, se intercala un borne en el otro conductor.





Ejercicio:

Mide la intensidad de corriente de los siguientes aparatos.

Anota la potencia en W que figura en la placa de datos del aprato.

Tabla intensidad – potencia

Aparato Intensidad en A Potencia en W placa de datos

Ordenador

Frigorífico

Aire acondicionado

Termo eléctrico

Caldera de calefacción

Termo eléctrico

Taladro





P-1.14 La potencia

Experimento:

Sube las dos plantas del recibidor a la segunda planta. Sube dos veces, una despacio y otra rápido. Cronometra cuanto tiempo necesitas para subirlas.

La potencia (P) es la cantidad de trabajo (W) que se realiza en un determinado tiempo (t).

Por ejemplo, para subir desde el recibidor del instituto, situado en la planta baja a la segunda planta, tenemos que trabajar subiendo las escaleras. Subiendo despacio se tarda aproximadamente 90 s, subiendo rápido 45 s. El trabajo de subir es el mismo, dos plantas, la potencia necesaria para realizar el trabajo es el doble subiendo rápido.

P = W / t

W = P x t

Wsubir 2 plantas = Prápido x 45 s = Pdespacio x 90 s

Prápido = 2 x Pdespacio

La diferencia entre subir despacio las escaleras y subirlas rápido es que subiéndolas rápido hacemos mayor esfuerzo.





La potencia está relacionada con la velocidad (v) y la fuerza (F).

P = F x v

Si aumentamos la velocidad subiendo las escaleras, aumenta la potencia. La fuerza necesaria que hacemos con las piernas en los escalones es la de levantar el peso de nuestro cuerpo. La fuerza que hacemos con nuestras piernas es la misma, subamos rápido o despacio. El esfuerzo es mayor subiendo rápido, ya que subimos mayor número de escalones por segundo.

Si subimos despacio, pero cargados con la mochila, la velocidad no aumenta, pero el esfuerzo (la potencia) sí, porque la fuerza que necesitamos hacer con las piernas para subir cada escalón es mayor, al ser mayor el peso que subimos (el de nuestro cuerpo y el de la mochila).

En la electricidad, la fuerza que hacemos con las piernas equivale a la tensión (V) y la velocidad con la que subimos las escaleras a la intensidad (A).

La potencia eléctrica de un aparato se calcula multiplicando la tensión por la intensidad

La potencia P se mide en Watios (W)

La tensión U se mide en Voltios (V)

La intensidad de la corriente I se mide en Amperios (A)

P = U x I

W = V x A





Ejercicio:

Calcula las potencias de los aparatos cuya corriente mediste en el ejercicio anterior.

Resultado:

La tensión en las tomas de corriente domésticas es fija, de aprox. 220 V. Por lo tanto, a

mayor potencia, mayor intensidad.





P-1.15 Consumo de energía eléctrica

El consumo de energía eléctrica se mide con un contador de kilowatioshora (kWh).

Cada vivienda con suministro eléctrico dispone de su propio contador.

El consumo eléctrico se calcula multiplicando la potencia eléctrica de un aparato por el tiempo de funcionamiento.

Wel = Pel x t





Normalmente el consumo eléctrico de una vivienda varía a lo largo del día, dependiendo del funcionamiento de los consumidores eléctricos (lavadora, horno, aspiradora, frigorífico, etc.).

Ejemplo de consumo eléctrico en una vivienda a lo largo de un día.


2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

10 A(2200 W)

Frigo 220W

Termo 1320W

Lavadora 660W

Horno 1760W

Aire acondicionado 660W

Wel

Frigo 220W

Intensidad(Potencia)

5 A(1100 W)

tiempo en horas

Intensidad media 2,46 A

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

10 A(2200 W)

Intensidad(Potencia)

5 A(1100 W)

tiempo en horas

Termo

Frigorífico

Lavadora

Horno

Aire acondicionado




El consumo eléctrico total en 24 h es de 12980 Wh.

1 kWh = 1000 Wh

La potencia media es de P = Wel / t = 12980 Wh / 24 h = 540,8 W

La intensidad media de I = P / U = 540,8 W / 220 V = 2,46 A.


5280 Frigorífico 220 W x 24 h

Consumo eléctrico en Wh

Termo 1320 W x 1 h

Lavadora 660 W x 3 h

1320

1980

Horno 1760 x 1 h 1760

Aire acondicionado

660 W x 4 h 2640

Horas de funcionamiento de los aparatos eléctricos

24Frigorífico1

(220)

Intensidad en A(Potencia en W)

Termo6

(1320)

Lavadora3

(660)

1

3

Horno8

(1760)1

Aire acondicionado

3(660)

4




En las baterías y los acumuladores se almacena energía eléctrica.

El acumulador de un odrenador portátil de la imagen es capaz de acumular:

Wel= 4 Ah x 11,1 V = 44,4 Wh

Con este acumulador podríamos hacer funcionar una lámpara de 5 W durante aprox. 8 horas o una de 20 W durante aprox. 2 horas.

t = Wel / P = 44,4 Wh / 5 W = 8,9 h

t = Wel / P = 44,4 Wh / 20 W = 2,2 h





P-1.16 La resistencia eléctrica

La resistencia que un aparato opone al paso de la intensidad de la corriente eléctrica se calcula de la siguiente forma:

R = U / I

Ω = V / A

Ejercicio:

Calcula las resistencias de los aparatos cuya potencia calculaste en el ejercicio anterior.

Resultado:

Cuanto mayor es la resistencia de un aparato, menor es su corriente.





P-1.17 Teoría de la electricidad

La corriente eléctrica está compuesta por electrones, que son un componente de los átomos con carga negativa. La carga negativa de los electrones de un átomo está compensada por la carga positiva de los protones del átomo. El átomo está en equilibrio cuando el número de electrones es igual al número de protones del núcleo del átomo. Al separa un electrón de un átomo se genera una carga negativa (el electrón) y una carga positiva (el átomo al que le falta el electrón). Entre el átomo positivo y el electrón negativo actúa una fuerza de atracción (parecida a la fuerza magnética entre imanes). El electrón y el átomo positivo se atraen para volver a establecer el equilibrio de carga, en el que el número de electrones del átomo es igual al número de protones. Esta fuerza de atracción entre carga negativa y positiva es el origen de la tensión eléctrica.

En los materiales conductores de la electricidad como p.ej. metales, los electrones pueden moverse de un átomo a otro, formando una corriente eléctrica, siempre que el circuito esté cerrado, es decir, que los electrones puedan moverse sin interrupción a través del generador, los cables conductores y el consumidor.

La corriente eléctrica se diferencia en continua y alterna.





P-1.17.1 Corriente continua

Las pilas o los acumuladores eléctricos suministran corriente continua. En ellos, a causa de unos procesos químicos, los electrones de concentran en el polo negativo, el otro polo, en el que faltan los electrones se llama polo positivo.

El símbolo de la corriente continua es CC (corriente continua) o DC (direct current)

La dirección

La corriente continua se mueve en una única dirección. La corriente de electrones se mueve del polo negativo (acumulación de carga negativa) al positivo (acumulación de carga positiva).


Polo positivo +

Polo negativo -

Batería para automóvil compuesta de planchas de plomo en un baño de ácido sulfúrico.




En una batería, debido al proceso químico que causa la concentración de electrones en el polo negativo y la consecuente concentración de átomos con carga positiva en el polo positivo, se produce la tensión eléctrica entre los polos (positivo y negativo). Cuanto mayor es la concentración de electrones separados de sus átomos mayor es la tensión.

Al unir los polos con un conductor, los electrones del polo negativo buscan los átomos del polo positivo, circulando a través del conductor. El conductor ofrece una resistencia al paso de la corriente eléctrica que depende principalmente de su material, de su longitud y de su sección. Cuanto más largo es el camino a recorrer por los electrones para llegar del polo negativo al positivo, menor es la corriente eléctrica circulante.

Para facilitar el paso de la corriente eléctrica entre los polos de la batería se puede aumentar la sección del conductor.

Experimento:

• Compara la corriente de los circuitos 1, 2 y 3.

• ¿Cual piensas que será menor, cual mayor?

• Mide la corriente que pasa por cada una de las bombillas de los circuitos y la tensión que cae en cada una de las bombillas.

• Calcula la resistencia de cada una de las bombillas.

• Calcula la potencia en cada una de las bombillas y la potencia total en cada uno de los circuitos.


Circuito 2

I 2

Circuito 1

I 1

Circuito 3

I 3

I 31

I 32




P-1.17.2 Corriente alterna

La corriente alterna, a diferencia de la continua, cambia su dirección de flujo. En el suministro eléctrico doméstico, la tensión habitual es de 220 V y la frecuencia de 50 hercios (Hz). Eso significa que la corriente cambia su dirección cada 0,02 segundos.

Si midiésemos la polaridad de la tensión en una toma de corriente a cámara lenta, podríamos observar lo siguiente:

La corriente alterna tiene la ventaja sobre la continua de que es más sencilla de transportar desde las centrales eléctricas a los núcleos urbanos y las viviendas.

El símbolo de la corriente alterna es CA (corriente alterna) o AC (alternating current)


0 s 0,02 s 0,04 s

0,02 s 0,02 s

Cambio de polaridad de la tensión a 50 Hz




P-1.18 Distribución de la corriente doméstica

En una vivienda, la electricidad se distribuye desde el cuadro de mando y protección.

El cuadro eléctrico está compuesto por:

• ICP – interruptor de control de potencia, desconecta la corriente de toda la vivienda cuando esta supera el límite contratado

• ID – interruptor diferencial, desconecta la corriente al detectar fugas de corriente a tierra, protege a las personas p.ej. en caso de derivación de tensión a la carcasa de un electrodoméstico.

• PIA- pequeños interruptores automáticos, protegen a los cables conductores contra calentamiento excesivo por sobreintensidades y cortocircuitos.

Ejercicio:

Inspecciona los cuadros eléctricos de tu casa y del centro educativo e identifica los componentes.





P-1.19 Corriente monofásica

Para el suministro de corriente monofásica son necesarios 2 conductores, uno llamado fase (marrón o negro), otro llamado neutro (azul). La corriente eléctrica recorre fase y neutro.

Un tercer conductor llamado de protección o tierra (verde -amarillo) se conecta a todas aquellas piezas metálicas, normalmente exteriores, de los aparatos que no deban recibir tensión eléctrica, como p.ej. la carcasa de una lavadora.

Los electrodomésticos habitualmente funcionan con corriente monofásica.

Las tomas de corriente domésticas deben tener tres contactos. Dos de los contactos son hembra (agujeros) para fase y neutro. En las tomas de corriente SCHUKO, el contacto de protección (tierra) está en los laterales. SCHUKO viene del alemán, significa Schutzkontakt, contacto de protección.


Toma de corriente SCHUKO

Contactos de protección conectados a tierra




P-1.20 Corriente trifásica

Los aparatos que requieren una potencia eléctrica superior a unos 3000 W (3 kW), como p.ej. hornos o bombas de gran potencia, suelen funcionar con corriente trifásica.

Para el suministro de corriente trifásica son necesarios 4 conductores, tres llamado fases (marrón o negro) y un neutro (azul). La corriente eléctrica recorre fase y neutro.

Igual que en la corriente monofásica se añade un conductor de tierra (protección).


F1 F2F3

N

PE




Enlaces de interés:

http://www.dav.sceu.frba.utn.edu.ar/homovidens/alejandro_gullo/final/introduccion.htm

http://www.youtube.com/watch?v=Qbw8kyXaC54&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=8lILN66arVk&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=scO3BFwjQvk&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=29JrvWxrGSw&feature=relatedhttp://www.publysoft.net/~watios/cuadros%20de%20mando.htmhttp://www.youtube.com/v/boAw3wfANoE?fs=1&hl=de_DE



http://www.youtube.com/v/boAw3wfANoE?fs=1&hl=de_DE

http://www.publysoft.net/~watios/cuadros%20de%20mando.htm

http://www.youtube.com/watch?v=29JrvWxrGSw&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=scO3BFwjQvk&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=8lILN66arVk&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=Qbw8kyXaC54&feature=related

http://www.dav.sceu.frba.utn.edu.ar/homovidens/alejandro_gullo/final/introduccion.htm



Preguntas:

Dibuja el esquema de un circuito eléctrico con una lámpara, una pila y un interruptor. Con el interruptor se apaga y enciende la lámpara.

Dibuja el esquema de un circuito eléctrico con una lámpara, una pila y dos conmutadores . Con los conmutadores se enciende y apaga la lámpara cada vez que se acciona alguno de ellos.

Dibuja el esquema de un circuito eléctrico con una lámpara, una pila, dos conmutadores y dos cruzamientos . Con los conmutadores y los cruzamientos se enciende y apaga la lámpara cada vez que se acciona alguno de ellos.

Dibuja el esquema de un circuito eléctrico con una lámpara, una pila y un amperímetro.

Dibuja el esquema de un circuito eléctrico con una lámpara, una pila y un voltímetro.

Con un votímetro y un amperímetro podemos medir la tensión y corriente de un electrodoméstico. Dibuja cómo los conectarías a cable de la imagen. Pon el nombre a cada uno de los conductores.





¿Cómo están relacionados el trabajo y la potencia?

¿Cómo se calcula la potencia eléctrica y en que unidad se mide?

¿En qué se diferencian la corriente de una batería de automóvil y la de una toma de corriente doméstica?

¿Què significa CC y AC y què símbolos les corresponden?

¿Para medir la tensión de una toma de corriente doméstica en qué posición pondrías el selector del polímetro?ACA, DCA, ACV, DCV

¿Cómo se llaman los polos de una batería?

¿Como se llaman los portadores de carga que circulan a tarves de un cable conductor de cobre y cual es la polaridad de su carga?

¿En qué unidad se mide la corriente eléctrica (intensidad)?

¿En qué unidad se mide la tensión eléctrica?

¿Cual es el origen de la tensión eléctrica?

¿De qué depende la resistencia de un cable conductor?

¿Por qué los pajaros que se posan sobre los cables conductores de alta tensión no se electrocutan?




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