Unidad#1: Identificación de los componentes del sistema eléctrico.

Propósito de la unidad: Identificará los componentes y cargas eléctricas del sistema eléctrico de fuerza y alumbrado para su selección e instalación.
1.1 Identifica las cargas eléctricas de los sistemas eléctricos, de acuerdo con los estándares.
Identificación de los niveles de tensiones normalizadas y especificaciones.

VOLTAJE, TENSIÓN O DIFERENCIA DE POTENCIAL

 El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.

A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor.

Niveles de tension normalizada en baja tensión, mediana tensión y alta tensión en México

En alta tensión tenemos 3 niveles de tensión normalizados : 400 KV, 230 KV y 115 KV, en Media Tensión tenemos 3 niveles también, 34.5 KV, 13.8 KV y 22 KV, estos 22 KV solo se utilizan en el D.F., en Baja Tensión tenemos: 480 V, 440 V, 240 V, 220 V, 127 V.

¿Que es una carga eléctrica?
Todo aquello que consume -o que utiliza- electricidad es una carga eléctrica. Las cargas eléctricas pueden ser de tres tipos: resistivas (R), inductivas (L) o capacitivas (C).
Con los tres tipos de cargas mencionados podríamos formar un cuarto tipo combinándolas y les llamaríamos cargas mixtas.

Son cargas resistivas todas aquellas que consumen electricidad y por lo general producen calor y/o luz, por ejemplo: parrillas eléctricas, focos, horno eléctrico, cafetera, sandwichera. Su consumo se mide en Watts.

Son cargas inductivas aquellas que utilizan la electricidad pero no la disipan, por ejemplo los motores eléctricos (motobomba, refrigerador, extractor de jugos) en los cuales se crean campos magnéticos que interactúan, a partir de los cuales se produce movimiento (energía mecánica). Su “consumo” se mide en VA (Volts Amperes).

Son cargas capacitivas aquellas que utilizan la electricidad pero no la disipan, simplemente la absorben y luego la devuelven al sistema, por ejemplo los capacitores o condensadores que tienen la propiedad de “acumular” energía eléctrica para luego descargarla al sistema. Su “consumo” se mide en VAR (Volts Amperes Reactivos).

Son cargas mixtas las que resultan de la combinación entre los tres tipos de cargas principales…

En realidad la carga total de una casa-habitación es una combinación de los tres tipos principales, pero en la mayoría de los casos se omiten las inductivas (VA) y capacitivas (VAR) y simplemente se atiende al consumo en Watts para toda la residencia, esto es, se convierten los VA a Watts y en base al total se calcula el calibre del conductor eléctrico.

Siempre que realices una instalación eléctrica debes hacerla acorde a tu carga. Si tienes mucha carga entonces circulará más corriente y los conductores deben tener un mayor calibre para soportarla, por el contrario si tienes poca carga y sabes que en un lugar específico no se incrementará en el futuro entonces utiliza conductor más delgado.

Los conductores siempre deben partir -del punto de alimentación o acometida- de mayor a menor o de igual a igual NUNCA al contrario. Por ejemplo en una instalación eléctrica residencial común la acometida tiene conductores calibre No. 8 AWG, luego continua con calibre No. 10 AWG en los alimentadores generales, enseguida utiliza calibre No. 12 AWG para circuitos derivados y contactos, y termina con calibre No. 14 AWG para retornos (recuerda que cuanto mayor sea el número es más delgado el conductor).

Lámparas y luminarias

Para iluminar espacios carentes de luz es necesaria la presencia de fuentes de luz artificiales, las lámparas, y aparatos que sirvan de soporte y distribuyan adecuadamente la luz, las luminarias. De esta forma es posible vencer las limitaciones que la naturaleza impone a las actividades humanas.

Lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, la tecnología ha cambiado mucho produciéndose sustanciosos avances en la cantidad de luz producida, el consumo y la duración de las lámparas. Su principio de funcionamiento es simple, se pasa una corriente eléctrica por un filamento hasta que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano.

Partes de una lámpara.

Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria.

Lámparas de descarga

Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescente. Por eso, su uso está tan extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas.

Elementos Auxiliares.

Para que las lámparas de descarga funcionen correctamente es necesario, en la mayoría de los casos, la presencia de unos elementos auxiliares: cebadores y balastos. Los cebadores o ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensión entre los electrodos del tubo, necesario para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas a la corriente eléctrica. Tras el encendido, continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal.

Los balastos, por contra, son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la lámpara y evitar así un exceso de electrones circulando por el gas que aumentaría el valor de la corriente hasta producir la destrucción de la lámpara.

Lámparas fluorescentes

Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 nm. Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara.

Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior. Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico, cerrado en cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El tubo de descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de electrones.

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión

Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.

Luminarias

Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a las lámparas. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras.

A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Es importante, pues, que en el diseño de su sistema óptico se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de fácil instalación y mantenimiento. Para ello, los materiales empleados en su construcción han de ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la temperatura de la lámpara dentro de los límites de funcionamiento. Todo esto sin perder de vista aspectos no menos importantes como la economía o la estética.

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua.

Están formados generalmente por las siguientes partes:

• Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un  número par de polos. Las bobinas que los arrollan  son las encargadas de producir el campo inductor al  circular por ellas la corriente de excitación. 

• Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético. 

• Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. +

• Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido.

Al girar el rotor, las escobillas van rozando  con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.

MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA

En la actualidad, el motor de corriente alterna es el que más se utiliza para la mayor  parte de las aplicaciones, debido fundamentalmente a que consiguen un buen rendimiento, bajo mantenimiento y sencillez, en su construcción, sobre todo en los motores asíncronos. Partes básicas de un motor de corriente alterna

1. Carcasa: caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte externa.

2. Estator: consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa

3. Rotor: consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor.

Los motores de corriente alterna se clasifican por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y por el número de fases de alimentación

a) Por su velocidad de giro:

1.Asíncronos

2. Síncronos

 b)Por el tipo de rotor:

1. Motores de anillos rozantes.

2. Motores con colector

3. Motores de jaula de ardilla

c) Por su número de fases de alimentación:

1. Monofásicos

2. Bifásicos

3. Trifásicos

Resistencias de Calefacción.

Las resistencias de calefacción son desarrolladas para uso industrial o personal, adaptándose a las necesidades del cliente. La materia prima usada para la creación de las resistencias son las varillas de cobre o acero inoxidable (AISI 304-L) con un diámetro de ocho (8) milímetros.

Son utilizadas como mayor frecuencia para el calentamiento de materiales acuosos (agua y aceite) así como para modificar la temperatura del aire en ciertos entornos cerrados. Su alta adaptabilidad y su extrema versatilidad, permiten utilizarlos en la mayoría de aplicaciones de calor eléctrico.

Las resistencias son piezas muy resistentes a los golpes y vibraciones.

Equipo electrónico sensible.

Las cargas sensibles no deben energizarse de los mismos circuitos que las cargas inductivas grandes y de interrupción frecuente, como las de los elevadores, compresores de aire, etc. Sin embargo, las cargas continuas de motores ayudan a proporcionar cierto efecto de arrastre durante los atrasos de voltaje y las interrupciones momentáneas. Hasta las fotocopiadoras y los refrigeradores pueden afectar las computadoras y otros equipos sensibles.

Las distintas clases de equipo electrónico sensible encontrado es:

1. Computadoras

2. Fotocopiadoras

3. Equipo de audio y video

4. Escáner

INSTALACIÓN ELÉCTRICA RESIDENCIAL.

¿Qué es una Instalación Eléctrica Residencial?
Se le llama así al conjunto de obras e instalaciones realizadas con el fin de hacer llegar electricidad a todos los aparatos eléctricos de una casa habitación.
Sus partes:

1.    Elementos de conducción.- Alambres o cables de la instalación.

2.    Elementos de consumo.- Cualquier equipo, aparato o dispositivo que consuma electricidad. Ejemplos: lámparas incandescentes (focos), motobombas, ventiladores fijos, timbre y cualquier carga fija en la instalación.

3. Elementos de control.- Apagadores sencillos, “de escalera” (tres vías), de cuatro vías (de paso), control de ventilador y otros que permitan “prender” o “apagar” cualquier aparato.

      4. Elementos de protección.- Interruptor de seguridad, fusibles, centro de carga.

      5. Elementos complementarios.- Cajas de conexión, “chalupas”, tornillos.

  6. Elementos Varios o Mixtos.- Contactos (se consideran como cargas fijas     independientemente de que tengan o no conectados a ellos un aparato), barra de contactos con supresor de picos. Los que tienen doble función: Interruptores termomagnéticos (protegen y controlan cargas).

       7. Elementos externos.- Acometida, medidor.

GLOSARIO…

Carga. Cualquier aparato que consuma electricidad.

Carga Fija. Cualquier aparato conectado en forma permanente en la instalación.

Contacto. Toma de corriente, receptáculo, o enchufe.

Acometida. Cables que van desde el poste de donde se hace llegar la electricidad hasta una casa.

Aparatos eléctricos. Focos, lavadora, licuadora, refrigerador, ventilador, etc.

Motobomba. “Bomba de agua”, motor colocado en la cisterna o aljibe.

Medidor. Registro o Watthorímetro. Aparato que se encarga de medir el consumo de electricidad.

Interruptor termomagnético. Pastilla termomagnética, breaker.

Caja de conexiones. Pueden ser cuadradas o redondas en donde se realizan las conexiones, “amarres”, empalmes o derivaciones entre los conductores eléctricos.

Chalupa. Similar a una caja de conexiones pero más pequeña, por lo general contiene apagadores y contactos.