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Instalaciones Eléctricas Domiciliarias Temario • Conceptos básicos de electricidad. Idea sobre generación de electricidad. Formas de la electricidad. Ley de Ohm; términos eléctricos; potencia eléctrica. Circuitos eléctricos, materiales; tecnología de las instalaciones. Tableros. Conexión a red de distribución. Proyecto de las instalaciones. Esquema de circuitos más comunes. Puesta a tierra. Red de baja tensión. Bibliografía • Sobrevila, Marcelo; Instalaciones Eléctricas; Ed. Alsina • Quadri, Néstor; Instalaciones En Edificios; Ed. Alsina • Calloni, J. C.; Instalaciones Eléctricas y su Mantenimiento; Ed. Alsina • Publicación de Cátedra ELECTRICIDAD • El término electricidad deriva del griego “elektron”, que significa “ámbar” • El filósofo griego Tales de Mileto se dio cuenta que al frotar una varilla de ámbar con lana o piel, se creaba una atracción hacia otros cuerpos vecinos e incluso se producían chispas Electricidad: Término aplicado a la variedad de fenómenos resultantes de una corriente eléctrica. ELECTRICIDAD • Para explicar adecuadamente la mayoría de los fenómenos relacionados se debe incluir al magnetismo • De esta manera podemos entender los campos magnéticos, los rayos en las tormentas y toda la gama de aplicaciones industriales y domésticas que conocemos en la actualidad Historia de la Electricidad • Los primeros en experimentar con este fenómeno fueron los griegos, a quienes debemos su nombre • En el 1600 el científico inglés William Gilbert establece las diferencias entre el magnetismo y la electricidad en su libro “De Magnete” • En 1733 Du Fay identificó las cargas eléctricas positivas y negativas Historia de la Electricidad • En 1752 Benjamin Franklin llevó a cabo su famoso experimento con la cometa que lo llevó a inventar el pararrayos; formuló la “teoría del fluido único” • Para muchos, el incidente de la cometa fue solo un mito, pero sirvió de inspiración a otros científicos para continuar experimentando y sentar las bases del estudio moderno de la electricidad Historia de la Electricidad • En 1775 Alessandro Volta descubre que se pueden generar cargas positivas y negativas en reacciones químicas y logra producir una corriente eléctrica continua • En 1785 Charles Coulomb establece matemáticamente el principio que rige la interacción entre las cargas eléctricas, ley que lleva su nombre Historia de la Electricidad • En 1822 André Marie Ampère presentó sus observaciones e interpretaciones sobre las relaciones entre electricidad y magnetismo y sobre electrodinámica • En 1827 Georg Simon Ohm enuncia la ley que lleva su nombre y define así la resistencia eléctrica Historia de la Electricidad • En 1831 Michael Faraday descubrió que se podía generar corriente eléctrica en un conductor expuesto a un campo magnético variable (inducción electromagnética) • En 1864 James Maxwell unificó las leyes de la electricidad y el magnetismo en cuatro ecuaciones conocidas como las Ecuaciones de Maxwell Historia de la Electricidad • Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. • Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. • La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. • La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Historia de la Electricidad • Más que de grandes teóricos, fue el momento de grandes inventores como Gramme (dínamo de CC), Westinghouse (uso de la CA), von Siemens (vaina aislante) y Alexander Graham Bell (Teléfono). • Entre ellos destacaron Nikola Tesla (motor de CA) y Thomas Alva Edison (fonógrafo), cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. • El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Aplicaciones • En las casas, la electricidad permite tener iluminación, acondicionamiento ambiental, comunicación, esparcimiento, conservar los alimentos… y muchas otras cosas. Es difícil imaginar nuestra vida sin ella. • Ahora bien, nos damos cuenta de lo que podemos hacer con ella pero, ¿qué es la electricidad?. ¿Qué es la Electricidad? • La electricidad es una forma de energía • Es una de las formas de energía más útiles para el hombre ya que permite infinidad de aplicaciones • Para entender qué es la electricidad debemos comenzar con los átomos, pequeñas partículas imposibles de ver, y elementos con los que está hecho todo lo que nos rodea ¿Qué es la Electricidad? • Un átomo está compuesto por protones, electrones y neutrones. • El centro de un átomo, llamado “núcleo”, contiene los protones y neutrones. • Alrededor del núcleo viajan los electrones (en igual cantidad que los protones) a gran velocidad. ¿Qué es la Electricidad? • Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga, la de los protones es de signo positivo y la de los electrones es de signo negativo. • Los neutrones no tienen carga. ¿Qué es la Electricidad? • Los protones y electrones se atraen entre sí porque tienen cargas de distinto signo. • En cambio las partículas que tienen cargas del mismo signo se repelen. • La fuerza que actúa entre ellos es la fuerza eléctrica. Atomo La Generación • La corriente eléctrica es la circulación de electrones. Se produce en plantas de generación (térmicas, hidráulicas, nucleares, etc.) y luego es conducida a través de gruesos cables, que forman las redes de transmisión y distribución, hasta las subestaciones de transformación y, finalmente, a cada casa. ¿Cómo viaja la Electricidad? • Los electrones que circulan alrededor del núcleo del átomo, pueden saltar de un átomo a otro cuando se les aplica una diferencia de potencial eléctrico • Cuando los electrones saltan de un átomo a otro en una misma dirección se crea una corriente eléctrica. ¿Cómo viaja la Electricidad? • En algunos materiales (por ejemplo los metales) es fácil hacer mover a los electrones de átomo a átomo; en cambio en otros, como por ejemplo el vidrio, no lo es. Si es fácil mover los electrones de un átomo a otro se dice que el material es conductor. Utilizamos materiales conductores para llevar la electricidad de un lugar a otro. Diversas formas de electricidad Corriente Eléctrica Si se aplica una diferencia de potencial eléctrico suficientemente grande (usualmente llamado voltaje) se genera una fuerza que puede empujar a los electrones de un átomo a otro. Este movimiento de electrones se llama corriente eléctrica.Esto es lo que ocurre en un trozo de alambre que se conecta a los extremos de una pila. Los electrones pasan de un átomo a otro creando la corriente eléctrica. Hay corrientes eléctricas de dos tipos: la corriente continua y la corriente alterna.En la corriente continua los electrones se mueven siempre en la misma dirección. Este es el tipo de corriente eléctrica que se obtiene de una pila, como las que se usan en una linterna.En la corriente alterna, como su nombre lo indica, los electrones van primero para un lado y luego en dirección contraria, y así siempre. Este es el tipo de corriente eléctrica que obtenemos en la red eléctrica de nuestras casas y con la que hacemos funcionar la heladera, el televisor,etc. Electricidad Estática La electricidad estática es otro tipo de energía eléctrica. A diferencia de la corriente eléctrica en la que las cargas se mueven, en este caso las cargas eléctricas permanecen en su lugar. Como ejemplo, proponemos el siguiente experimento: Tomar dos globos y frotarlos con el cabello o un pullover, luego atarlos de un hilo y sostenerlos uno cerca del otro. ¡Observar que se repelen!¿A qué se debe esto? Al frotar el globo con un pullover o cabello le hemos transferido cargas negativas y, por lo tanto, están ligeramente cargados. Como ambos tienen el mismo tipo de carga extra, se repelen. La fuerza eléctrica generada aquí se llama electricidad estática. Conductores Los conductores son materiales a través de los cuales la corriente eléctrica viaja con facilidad; por eso decimos que tienen baja resistencia eléctrica.Los metales son muy buenos conductores, por eso se usan para construir los cables con los cuales se provee a las casas de corriente eléctrica. También es lo que usamos para conectar los aparatos eléctricos a los enchufes de la red eléctrica de nuestras casas. El metal más usado para construir cables de conducción es el cobre.El agua (como la que sale de la canilla) es otro buen conductor de la electricidad. Es muy importante recordar esto, porque nuestro cuerpo está constituido en gran parte de agua (un 70% aproximadamente), entonces la electricidad puede circular fácilmente a través de nosotros. Pero si la electricidad viaja por nuestro cuerpo puede causarnos mucho daño.Es por eso que los cables eléctricos están recubiertos de algún material de alta resistencia (aislante) como por ejemplo el plástico, para que puedan ser manipulados sin peligro. Átomo de Cobre (Cu) Átomo de Plata (Ag) Átomo de Oro (Au) Aislantes La electricidad no circula fácilmente por los aislantes. A los átomos que constituyen los aislantes no les gusta compartir sus electrones.Algunos materiales aislantes son: Plásticos - Vidrios - Cerámicas Al cubrir los metales que forman los cables eléctricos con aislantes nos aseguramos que la corriente eléctrica circule por donde debe, cumpliendo su función correctamente y sin riegos para nosotros, que también somos buenos conductores.CURIOSIDAD: ¡El agua que sale de la canilla y el agua de mar son conductores, pero, el agua pura es un aislante! El Rayo Los rayos han llamado la atención de la humanidad desde sus orígenes; los antiguos griegos creían que los rayos eran lanzados por el dios Zeus. Un precursor en el estudio de la electricidad fue Benjamín Franklin quien, en 1752, demostró que los rayos eran eléctricos. Cuando se produce una tormenta eléctrica, las cargas eléctricas de las nubes se separan de tal manera que las cargas negativas se concentran en la parte inferior de las nubes. Los rayos se pueden producir dentro de una nube, entre dos nubes o entre una nube y la tierra. Esta corriente eléctrica calienta muy rápidamente el aire a su alrededor (la temperatura que se alcanza es muy alta, unos 20.000 °C). Este aire caliente se expande muy rápidamente y da origen al trueno. Todo esto ocurre en muy poco tiempo. La luz que produce el rayo viaja a 300.000 kilómetros por segundo. Pero el sonido lo hace a 340 metros por segundo; Por eso primero vemos el rayo y un rato más tarde oímos el trueno! Para saber a qué distancia se produjo el rayo debemos contar el tiempo que pasa desde que lo vemos hasta que lo oímos y multiplicar por 340. El resultado nos dirá a cuántos metros ocurrió. Magnitudes Eléctricas Magnitud Unidad Símbolo Intensidad Ampere A Tensión Volt V Resistencia Ohm Ω Potencia Watt W Energía Watt hora W-h Unidades de Electricicad Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga. Las cargas en movimiento forman la corriente eléctrica. La carga se mide en Coulomb y la corriente en Ampere. Así entonces un Coulomb es la cantidad de carga que una corriente de un amperio transporta en un segundo. Para construir un culombio necesitamos más de un trillón de electrones; la cantidad es enorme, 1,5 x 10.000.000.000.000.000.000 electrones! También hablamos que para mover los electrones hay que hacer una fuerza sobre ellos. Esta fuerza que “empuja” a los electrones se mide en voltios. En nuestras casas usamos 220 voltios. También hemos hablado de la resistencia de los materiales a conducir la corriente eléctrica. La resistencia se mide en ohmios. Voltios y ohmios están relacionados del siguiente modo, por una resistencia de un ohmio circulará un amperio si se le aplica un voltio Del mismo modo un vatio se define como la potencia usada para hacer circular un amperio por una diferencia de potencial de un voltio A esta altura te preguntarás de dónde vienen estos nombres tan raros. Todos ellos se han elegido para homenajear a algunos de los científicos que han contribuido al conocimiento y desarrollo de la electricidad. Ecuaciones Eléctricas Ley de Ohm I = T / R Potencia P = T x I Energía E = P x t Analogía Hidráulica Analogía Hidráulica Analogía Hidráulica Analogía Hidráulica Circuito Eléctrico • La corriente eléctrica puede circular por distintos elementos: cables, interruptores, lámparas, etc. • Estos componentes forman los circuitos eléctricos. • En un circuito eléctrico cerrado se produce un movimiento continuo de cargas eléctricas que transportan energía. Circuito Eléctrico Circuito Eléctrico Circuito Eléctrico Circuito Eléctrico Circuito Eléctrico Instalaciones Eléctricas Protecciones Puesta a Tierra Protección Diferencial PRACTICO Intensidad Admisible Sección del Conductor [mm2] Corriente Admisible [A] 1 9,6 1,5 13 2,5 18 4 24 6 31 10 43 16 59 25 77 35 96
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