Instalación de dos. lámparas en serie con base de enchufe

Transcripción

1 Instalación de dos 03 lámparas en serie con base de enchufe

2 Conocimientos previos 3.1 Introducción En las instalaciones se encuentran conectados en serie muchos elementos que cumplen funciones distintas. Así tenemos, por ejemplo, en el caso de una vivienda: fusibles, contador, interruptor automático, interruptor diferencial, PIA, etc. Si en alguno de ellos se interrumpe el circuito, éste queda sin corriente. El interruptor también se encuentra conectado en serie con la lámpara para así poder gobernarla. La característica común a todos estos elementos es que la corriente que los atraviesa es la misma. 3.2 Objetivos Al final de esta práctica se pretenden alcanzar los siguientes objetivos: Conocer el funcionamiento del circuito serie. Realizar el montaje y comprobar su funcionamiento. Interpretar el fenómeno observado. 3.3 Conceptos básicos El circuito eléctrico más sencillo está formado por varios elementos asociados en serie. Sería el caso, por ejempo, de una lámpara conectada en serie con el interruptor y con los cables que la alimentan. A Características del circuito serie Varios receptores están conectados en serie cuando el final de uno está unido con el principio del siguiente, como muestra la Figura 3.1. L 1 N I R 1 R 2 R 3 U 1 U 2 U 3 Fig Circuito serie

3 Conocimientos previos Todos los receptores asociados de esta forma están recorridos por la misma intensidad. En todo circuito serie se cumplen los siguientes principios: La resistencia total es la suma de las resistencias parciales. R t = R 1 + R 2 + R R n La tensión total es la suma de las tensiones parciales. U t = U 1 + U 2 + U U n La potencia total es la suma de las potencias parciales. P t = P 1 + P 2 + P P n B Bases de enchufe Son los elementos que ponen en contacto eléctrico cualquier receptor con la tensión de red a través de una clavija conectada a dicho receptor. Estas bases están formadas por dos o más partes conductoras sobre un soporte aislante. La corriente que dichas partes conductoras pueden soportar sin que se produzca un calentamiento y el consiguiente deterioro depende de la superficie de contacto. Los datos eléctricos que definen una base de enchufe son la intensidad y tensión nominal. La intensidad viene indicada por dos valores: para continua y alterna, respectivamente; el tercero es el de la tensión. Ejemplo: A 250 V. Hay bases de enchufe de distintos tipos, dependiendo de la corriente que circule y del sistema de suministro. Las más usuales son: a) Bipolares para 6 A, 10 A, 16 A y 25 A. b) Multipolares para 16 A, 32 A, 63 A y 125 A La Figura 3.2 nos presenta distintos tipos de base de enchufe.

4 Conocimientos previos a) Bipolar 10/16 A 250 V b) Bipolar con toma de tierra desplazada Fig Distintos tipos de base de enchufe (Cortesía de Simón). c) Bipolar con toma de tierra lateral schuko C Funcionamiento del circuito El circuito de la Figura 3.3 nos muestra dos lámparas conectadas en serie y una base de enchufe conectada permanentemente a la red. El PIA protege tanto las lámparas como la base de enchufe, y el interruptor S gobierna el encendido o apagado de las dos lámparas. Al cerrar el interruptor S, las lámparas son atravesadas por la corriente y lucen débilmente, ya que la resistencia del circuito ha sido aumentada por la forma de conexión. Si desconectamos una lámpara, la otra deja de lucir, pues el circuito queda abierto. Al conectar cualquier receptor a la base de enchufe t c, éste funcionará tanto si el interruptor está abierto como si está cerrado (Fig. 3.3). PIA S L 1 E 1 U = 230 V t c E 2 N Fig Instalación de un circuito serie y base de enchufe (toma de corriente)

5 Conocimientos previos Resumen Varios receptores están conectados en serie cuando el final de uno está unido con el principio del siguiente. En un circuito serie, todos los receptores son recorridos por la misma intensidad. Si uno de los receptores sufre una avería, el resto deja de funcionar. Los receptores reciben la energía eléctrica para su funcionamiento a través de las tomas de corriente. Hay tantas variedades de tomas de corriente como necesidades de servicio se presenten. A cada tensión de servicio le corresponde un color de toma de corriente (en las tomas de corriente industriales). Según estudios de la Comisión Electrotécnica Española (CEE), las tomas de corriente redondas son las de mayor utilidad, pues pueden adoptar distintas posiciones para un determinado tamaño en función de la tensión, potencia y clase de corriente. Las tomas de corriente deben estar dimensionadas en función de las características del receptor y de las condiciones ambientales del lugar donde vayan a ser instaladas

6 Realización práctica A Objeto Montar y analizar el funcionamiento de las lámparas en el circuito (Fig. 3.4). Conectar un receptor a la base de enchufe y verificar su funcionamiento. B Materiales y equipo necesario Un PIA de 6 A. Una lámpara de 100 W-230 V (E 1 ). Una lámpara de 60 W-230 V (E 2 ). Dos portalámparas rosca E-27. Un interruptor (S). Diez regletas de bornas. C Circuito PIA S L 1 E 1 U = 230 V R t c E 2 N I t I 2 I 1 Fig Circuito serie y base de enchufe. D Cálculos previos U 2 (230 V) 2 (230 V) 2 R L1 = = = 529 Ω R L2 = = = 881,67 Ω P1 100 W P2 60 W U

7 Realización práctica U t 230 V I 1 = = = 0,163 A R1 + R 2 U L1 = R L1 I 1 = 529 Ω 0,163 A = 86,227 V U L2 = R L2 I 2 = 881,67 Ω 0,163 A = 143,71 V P L1 = U L1 I 1 = 86,227 V 0,163 A = 14,055 W P L2 = U L2 I 2 = 143,71 V 0,163 A = 23,425 W Para un receptor de 300 W conectado a la toma de corriente: P 300 W I 2 = = = 1,304 A U 230 V I t = I 1 + I 2 = 0,163 A + 1,304 A = 1,467 A E Proceso de trabajo a) Montar el circuito de la Figura 3.4. b) Aplicar una tensión de 230 V. c) Cerrar el PIA y luego el interruptor y comprobar el encendido de las lámparas. d) Conectar un pequeño receptor a la toma de corriente y observar su funcionamiento. e) Responder a las siete primeras preguntas planteadas en el apartado Cuestiones. Notas Si las lámparas no lucen: Comprobar la tensión de alimentación. Comprobar conexionado y cableado (sin tensión). Comprobar estado de las lámparas. Comprobar tensión en la base de enchufe

8 Realización práctica Cuestiones Por qué las lámparas no lucen con toda su intensidad? Por qué la lámpara de 100 W luce menos que la de 60 W? Qué lámpara tiene mayor tensión en sus extremos?... Por qué? Qué lámpara consume mayor potencia en el circuito?... Por qué? Qué ocurre si desconectamos una lámpara del circuito? Por qué? Qué le ocurre a cada lámpara si hacemos un cortocircuito en el portalámparas 1? Qué ocurre en el circuito si unimos los dos polos de la base de enchufe? Sin conectar nada a la base de enchufe, habrá tensión en ella?... Por qué?... Circulará corriente a través de ella?... Habrá tensión en la base de enchufe estando el interruptor abierto?... Por qué?

9 Realización práctica Ejercicio de aplicación La Figura 3.5 representa la instalación eléctrica de una sala de fiestas. En dicha instalación aparecen dos focos que se deben apagar y encender desde un mismo punto. En la misma estancia también se instala una base con dos enchufes en un rincón. Teniendo en cuenta estos datos, realiza los siguientes ejercicios Dibuja el esquema de emplazamiento de acuerdo con la Figura 3.6. Dibuja el esquema práctico de montaje de acuerdo con la Figura 3.7. Dibuja el esquema desarrollado de acuerdo con la Figura 3.8. Traza las canalizaciones sobre el croquis del panel de prácticas de acuerdo con la Figura 3.9. Realiza la lista de materiales de acuerdo con la Tabla 3.1. Averigua la longitud de conductores para completar la lista de dimensiones de acuerdo con la Tabla 3.2. Realiza el montaje del circuito en el equipo de prácticas. Comprueba el funcionamiento del circuito. Fig Sala de fiestas

10 Realización práctica Fig Esquema de emplazamiento. Fig Esquema práctico de montaje. Fig Esquema desarrollado

11 Realización práctica F 1 E 1 E 2 S 1 X 1 X 2 Fig Canalizaciones. Pos. Cantidad Denominación Caracterización según UNE Tabla 3.1. Lista de materiales. Pos. Longitud Designación abreviada Color del hilo Tabla 3.2. Lista de dimensiones

12 Actividades Actividades resueltas 1 Disponemos de dos resistencias conectadas en serie cuyos valores son: R 1 = 40 Ω; R 2 = 60 Ω. Teniendo en cuenta que por este circuito circula una corriente de 2 A, calcula: a) La resistencia total. b) La tensión de cada resistencia. c) La tensión total. d) La potencia que consume cada resistencia. e) La potencia total. Solución a) R t = R 1 + R 2 = 40 Ω + 60 Ω = 100 Ω b) U 1 = R 1 I = 40 Ω 2 A = 80 V U 2 = R 2 I = 60 Ω 2 A = 120 V c) U t = U 1 + U 2 = 80 V V = 200 V Otra forma de calcularlo sería: U t = R t I = 100 Ω 2 A = 200 V d) P 1 = U 1 I = 80 V 2 A = 160 W P 2 = U 2 I = 120 V 2 A = 240 W e) P t = U t I = 200 V 2 A = 400 W Otra forma de calcularlo sería: P t = P 1 + P 2 = 160 W W = 400 W 2 Se tienen dos resistencias conectadas en serie y sabemos que la tensión de R 1 es de U 1 = 50 V. La potencia que consume R 2 es de P 2 = 600 W. Sabemos además que la U t = 350 V, calcula: a) La tensión de la segunda resistencia (U 2 ). b) La intensidad de la corriente. c) El valor de la primera resistencia (R 1 ). d) La potencia que consume la primera resistencia (P 1 ). e) El valor de la segunda resistencia (R 2 ). f) La potencia total (P t ). Solución a) U 2 = U t U 1 ; U 2 = 350 V 50 V = 300 V b) I = P 2 /U 2 ; I = 600 W/300 V = 2 A c) R 1 = U 1 /I; R 1 = 50 V/2 A = 25 Ω 03 47

13 Actividades d) P 1 = R 1 I 2 ; P 1 = 25 Ω (2 A) 2 = 100 W e) R 2 = U 2 /I; R 2 = 300 V/2 A = 150 Ω f) P t = P 1 + P 2 ; P t = 100 W W = 700 W P t = U t I; P t = 350 V 2 A = 700 W 3 Se tienen dos lámparas de las siguientes características: E 1 (60 W-230 V) y E 2 (40 W- 230 V). Si se conectan en serie a una tensión de 220 V, calcula: a) La resistencia de cada lámpara. b) La resistencia total del circuito. c) La intensidad que circula por ellas. d) La tensión de cada lámpara. e) La potencia que consume cada lámpara. f) La potencia total. Solución a) Con las características de cada lámpara hallaremos su resistencia: U 2 (230 V) 2 R 1 = = = 881,67 Ω P1 60 W U 2 (230 V) 2 R 2 = = = 1 322,50 Ω P2 40 W b) R t = R 1 + R 2 = 881,67 Ω ,50 Ω = 2 204,17 Ω U 230 V c) I = t Rt = = 0,104 A d) U 1 = R 1 I = 881,67 Ω 0,104 A = 91,70 V U 2 = R 2 I = Ω 0,104 A = 137,49 V e) P 1 = U 1 I = 91,70 V 0,104 A = 9,54 W P 2 = U 2 I = 137,49 V 0,104 A = 14,30 W f) P t = P 1 + P 2 = 9,54 W + 14,30 W = 23,84 W 03 48

14 Actividades Actividades propuestas Disponemos de tres resistencias en serie, de las cuales conocemos: R 1 = 20 Ω; U 2 = 60 V; R 3 = 60 Ω; R t = 110 Ω. Calcula el valor de R 2 ; I; U 1 ; P 1 ; P 2 ; U 3 ; P 3 ; P t. Dos lámparas cuyas características son E 1 (60 W-130 V), E 2 (40 W-130 V) están conectadas en serie a una tensión de 230 V. Calcula el valor de R 1 ; R 2 ; R t ; I; U 1 ; U 2 ; P 1 ; P 2 ; P t. Dos resistencias conectadas en serie consumen 40 y 60 W, respectivamente; teniendo en cuenta que la tensión total es de 100 V, calcula el valor de I; R 1 ; R 2 ; U 1 ; U 2. Actividades complementarias Disponemos de dos resistencias conectadas en serie; el valor de una de ellas es tres veces el de la otra. La intensidad que las recorre tiene un valor de 2 A y la tensión total es de 240 V. Calcula R 1 ; R 2 ; U 1 ; U 2 ; P 1 ; P 2 ; P t. Se tienen dos resistencias conectadas en serie. Del circuito se conocen los siguientes datos: U 1 = 50 V; R 2 = 40 Ω; P t = 260 W. Calcula R 1 ; U 2 ; I; P 1 ; P 2. De dos resistencias conectadas en serie se sabe que la potencia disipada en R 2 es tres veces la potencia disipada en R 1. La resistencia total es de 56 Ω y la tensión en los extremos de R 2 es de U 2 = 21 V. Calcula el valor de R 1 ; R 2 ; I; U 1 ; P 1 ; P

15 Información complementaria Tendido de líneas La Figura 3.10 nos muestra, en representación espacial, el tendido de las líneas de dos lámparas, interruptor y toma de corriente de una habitación tipo ' 1 4 Fig Esquema de instalación de dos puntos de luz en serie y toma de corriente. La Figura 3.11 representa el conexionado en regleta de las dos cajas de conexión existentes. 3 PE N L 1 2 2' Fig Detalle de las cajas de derivación. 1 4 Toma de corriente La toma de corriente es el elemento de la instalación cuya misión es poner en contacto eléctrico la tensión de la red con el receptor. Esto se consigue por medio de una base en la canalización fija y una clavija móvil conectada al aparato. La base de enchufe debe reunir una serie de características en función del receptor que vaya a ser conectado a ella y de las condiciones ambientales Sus contactos han de soportar la corriente que consuma el receptor sin producirse calentamiento alguno. Su aislamiento será el adecuado para la tensión a la que vaya a estar sometida. El material del que está hecho debe soportar, sin deterioro, las condiciones ambientales del lugar donde vaya a estar instalada.

16 Información complementaria Así, en función de la corriente que vayan a soportar, hay tomas de corriente de 6, 16, 20, 25 y hasta de más de 100 A. Existen tomas para tensiones de servicio desde 20 V hasta 750 V. Según el lugar de instalación, las hay para interior, intemperie, ambiente corrosivo y atmósferas explosivas, etcétera. Se puede decir que hay tantos tipos de tomas de corriente como variedades de servicio se presentan. Así, tenemos tomas de corriente: Con protección giratoria, eficaces en viviendas con niños. De seguridad, que incorporan un transformador para la separación de circuitos y un relé térmico de protección. La base tiene tensión únicamente cuando la clavija está enchufada. Suelen instalarse en los cuartos de baño. Con interruptor diferencial enchufable. Previstos fundamentalmente para proteger un aparato o herramienta portátil. Programador enchufable. Permite conectar y desconectar aparatos sin estar en casa, como luces, calefacción, radio, etcétera. Regulador electrónico de tensión para variar la luminosidad de una lámpara. La Figura 3.12 muestra los distintos tipos de tomas de corriente. a) De seguridad b) Interruptor diferencial enchufable c) Regulador de tensión Fig Distintos tipos de toma de corriente

17 Información complementaria Tomas de corriente multipolares Como se ha dicho anteriormente, según estudios de la Comisión Electrotécnica Española (CEE), las tomas de corriente redondas son las de mayor utilidad, pues, entre otras, pueden adoptar distintas posiciones dentro de unos determinados tamaños de carcasas y en función de las tensiones, frecuencias, clases de corriente, etcétera. Del mismo modo también se ha adoptado un color para cada tensión de servicio: de 20 a 25 V (violeta); 40 a 50 V (blanco); 110 a 130 V (amarillo); 220 a 250 V (azul); 380 a 440 V (rojo); 500 a 750 V (negro); y de 60 a 500 Hz (verde), según VDE 0623 e IEC (Fig. 3.13). Dependiendo de la tensión y frecuencia, los contactos tienen unas posiciones determinadas que impiden que un receptor se conecte a una toma de distintas características; para evitar, por ejemplo, que un receptor de 230 V se conecte a una toma de 380 V. Hay tomas de corriente que incorporan un contacto piloto utilizado como enclavamiento eléctrico por medio de un contactor (Fig. 3.14). Otras disponen de un interruptor que no se cierra hasta que la clavija está introducida, y no se puede extraer de la base si el interruptor no está en la posición de abierto (Fig. 3.15). Frecuencia 20 a 25 V 40 a 50 V 110 a 130 V 220 a 250 V 380 a 440 V 500 a 750 V > 60 a 500 Hz Violeta Blanco Amarillo Azul Rojo Negro Verde Fig Tensiones de servicio. Color característico, según VDE 0623 e IEC Fig Tomas de corriente multipolares con enclavamiento eléctrico de 16 A a 32 A.

18 Información complementaria Ergonomía Empuñadura con nervios laterales para optimizar el agarre. Cuerpo único Base y clavija monobloques, seguras y resistentes. Prensaestopa Dispositivo de cierre manual o con llave, que impide el desgaste mecánico del cable durante el funcionamiento. Sujetacables Sujeta los conductores y fija el cable de modo eficaz. Fácil cableado Conexionado rápido gracias a las guías que facilitan el acceso de los cables a los bornes. Materiales El tecnopolímero autoextinguible asegura alta resistencia térmica, mecánica y química. El acabado liso impide que se acumule la suciedad y el polvo. Fig Tomas de corriente multipolares con interruptor, de 63 A a 125 A. Aparato Potencia (W) Consumo medio (kw h) Lavadora Lavavajillas Cocina* Termo Plancha Televisor Aspirador Batidora Tostador Freidora Secador de pelo * Para cuatro personas a a a a a a a a a a a a 3 (lavado) 2 a 4 (lavado) 100 a 140 (por mes) 3 a 5 (por día) 5 a 10 (por mes) 30 a 50 (por mes) 3 a 6 (por mes) 0,3 a 0,5 (por mes) 1 a 3 (por mes) 3 a 5 (por mes) 1 a 2 (por mes) Tabla 3.3. Potencia y consumo de los principales electrodomésticos