instalaciones electricas residenciales

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DIQI
LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESIQIE
DIQI
PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA.
PRACTICA N°5
INSTALACIONES ELÉCTRICAS RESIDENCIALES
PRACTICA N°5
Instalaciones Eléctricas Residenciales
OBJETIVO GENERAL
Conocer el tipo de corriente y dispositivo que se utilizan en una industria residencial, así como las medidas de seguridad que se deben tomar para no tomar riesgos de mal funcionamiento o de corto circuito, además saber identificar los tipos de instalaciones.
Conocer los dispositivos de seguridad que se emplean para abrir los circuitos y evitar sobrecalentamiento o un posible comienzo de incendio.
Además se determinaran las corrientes que consumen lámparas incandescentes de distintas potencias, tener la capacidad suficiente para armar circuitos en Instalaciones Residenciales.
MATERIAL EMPLEADO
a) Fuente de corriente alterna (127 V de C.A.)
b) Sockets
c) Interruptor sencillo o apagador sencillo
d) Contactos sencillos
e) Resistencia de 100Ω (Use un foco o calefactor)
f) Multímetro digital
g) Voltímetro individual
h) Amperímetro individual
i) Caimanes o conexiones
j) Tabla de perfocel de 40 x 40 cm
k) Alambre de calibre 14 o 16
l) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Watt
m) Terminales hembra y macho
n) Cinta de aislar
o) Pinzas de corte de electricista
p) Desarmador plano
q) Pinzas de corte y de pico
r) Tubo conduit flexible de PVC (un metro)
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
La distribución de energía en un circuito, es algo de suma importancia, ya que de ello depende el tipo de alimentación que se necesita, por ejemplo en el sistema eléctrico de un automóvil se utilizan corriente directa en cambio en 
instalaciones residenciales, comerciales e industriales se utiliza corriente alterna, debido principalmente a que es más fácil de distribuir y además de que se puede incrementar o reducir con los transformadores.
La idea básica de las instalaciones residenciales se muestra en la figura 1, donde un lado de la línea (del par de conductores) se le llama neutro, el cual siempre está conectado a tierra, en la entrada del panel, en las casa la tierra es un pedazo de metal grande enterrado en la tierra (la cual generalmente es buena conductora); algunas veces también es conectada a la tubería. Los electricistas se refieren a ella para conectar las líneas mencionadas como corriente neutro, las instalaciones modernas tienen dos líneas de corriente las cuales tienen polaridad opuesta con respecto al neutro.
El voltaje en Norteamérica es de 120 volts, en Europa usualmente es 240 volts, la cantidad de corriente (I) que necesita determinado dispositivo se determina mediante su potencia, por ejemplo para un foco de 100 watt.
La potencia que consume el foco se determina por su resistencia R, la cual en este caso a la temperatura de operación es:
Similarmente una plancha que es de 1500 watt, consume una corriente de 12.5 A, y su resistencia de operación a la temperatura de operación es de 9.6 Ω, esto es porque depende de la resistividad con respecto a la temperatura, la resistencia de los dispositivos eléctricos es mucho menor cuando están fríos. Si se mide la resistencia de un foco de 100 watt con un óhmetro (que no maneja una corriente considerable que incremente la temperatura), probablemente se encontrara un valor de 10 Ω. Cuando se enciende el foco tiene una corriente diferente a la calculada, esto mientras se calienta el filamento del foco.
La máxima corriente para un circuito está limitada para la resistencia de los conductores, la potencia disipada en los cables, causa un calentamiento de estos en casos muy extremos se pueden incendiar o incluso fundirse.
Es por eso que para instalaciones residenciales es conveniente manejar un conductor de calibre 12, el cual tiene un diámetro de 2.05 mm y puede soportar sin calentarse una corriente de 20 A. más gruesos como lo son calibre 8 (3.26 mm) o 6 (4.11 mm) se usan para dispositivos que necesitan una corriente más alta, y calibre del 2 (6.54 mm) generalmente se utilizan para las entradas de alimentación a residencias.
Como protección para sobrecargas o para sobrecalentamiento se utilizan los fusibles o circuitos que corten la corriente. Un fusible tiene una aleación plomo-estaño con un arreglo con una laminilla con espesor delgado la cual tiene una temperatura baja de fusión, el fusible se funde cuando la corriente nominal es excedida. Un breaker es un dispositivo electromecánico que tiene la misma función, usando electromagneto o un strip bimetálico, la corriente es interrumpida cuando la corriente excede cierto valor predeterminado, o cuando hay un calentamiento excesivo. 
Si la instalación que se maneja tiene fusibles y se conectan demasiados dispositivos de alta corriente en la misma línea, el fusible se romperá, no se debe reemplazar el fusible con uno de mayor capacidad, ya que se corre el riesgo de un fuerte sobrecalentamiento, y se puede comenzar un incendio. La única solución segura es distribuir los dispositivos en varios circuitos, las cocinas modernas tienen tres o cuatro circuitos por separado.
Si se ponen en contacto los alambres de corriente y neutro, se causa un corto circuito, el cual puede ser causado, por un mal aislamiento, o cualquier mal funcionamiento mecánico, esto provee de una resistencia muy baja, y el paso de una corriente muy grande puede fundir el conductor, y si no se quema el fusible, o si no es interrumpido por un breaker, el aislante puede prenderse. Otro caso muy peligroso, es cuando el alambre esta semiroto, y el falso contacto puede causar chispas.
Los fusibles y los breakers, se deben conectar en el lado de la corriente, y nunca en el neutro, de otra manera el corto circuito podría desarrollarse, ya que tal vez el neutro quede desconectado, sin embargo el conductor con la corriente, aun está vivo y si alguien toca el dispositivo y un objeto que haga tierra, podría dar una descarga eléctrica.
Como mayor seguridad, se utiliza un tercer conductor, que corresponde a la pata redonda en los conectores, esta es conectada a la línea neutra del panel, generalmente no lleva corriente pero conecta el panel a tierra. Si por accidente el conductor de corriente toca accidentalmente, la carcasa o cubierta de dispositivos, el tercer conductor mencionado, provee una ruta para que fluya la corriente, y posteriormente el fusible se rompe, sin el tercer conductor la corriente seguirá viva, y si se toca y se hace tierra, lo cual causara un shock muy fuerte.
Las casas más modernas utilizan, la alimentación de tres conductores que provee la compañía de luz, uno es neutro, los otros dos son de 120 volts con respecto al neutro pero de diferente polaridad, dando los dos un voltaje de 240 volts. 
Este arreglo es el trifásico, en contraste con el arreglo de los dos cables (además el tercer conductor para hacer tierra), con un sistema de tres conductores, las lámparas de 120 volts se conectan al neutro y a un alambre con corriente, para dispositivos que requieren 240 volts, como los hornos eléctricos, son conectados entre las dos líneas de corriente.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO 1
1.-Construir el circuito mostrado en la figura 5, y tomar las intensidades de corrientes, para llenar la tabla 1, según sea el foco o focos que correspondan, aislando perfectamente los amarres realizados, para evitar accidentes, además de colocar en el circuito las terminales hembra mostradas, para medir la intensidad de corriente total.
	Medición
	F1 (40w)
	F2 (60w)
	F3 (100w)
	I (A)
	1
	☼
	
	
	
	2
	
	☼
	
	
	3
	
	
	☼
	
	4
	☼
	☼
	
	
	5
	☼
	
	☼
	
	6
	
	☼
	☼
	
	Tabla 1 Mediciones de la Intensidad de Corriente
Donde ☼ son la lámpara o lámparas incandescentes que se les debe medir la intensidad de corriente eléctrica.
EXPERIMENTO 2
2.- Realizar experimentalmentelas mediciones de los parámetros señalados en los circuitos de la figura 6, de las instalaciones eléctricas residenciales, así como también sus cálculos teóricos, y llenar la tabla 2.
IR2 = IT = IF1
RF1 = Re – R
VF1 = RF1 * IR2
	Parámetro
	Valor teórico
	Valor exp.
	% Error
	IT
	
	
	
	VF1
	
	
	
	VR2
	
	
	
	Tabla 2. Resultados obtenidos del experimento 2
EXPERIMENTO 3
3.-Determinar experimentalmente las respectivas mediciones de la figura 7, de los siguientes parámetros y sus cálculos teóricos de dicha instalación eléctrica, y llenar tabla 3.
VF= VR3 =VF1=VF2=128 volts
IT= I F1= IF2= IR3
Realizar la comprobación para el valor de la corriente total, mediante el cálculo de la resistencia equivalente.
	Parámetro
	Valor teórico
	Valor exp.
	% Error
	IT
	
	
	
	IF1
	
	
	
	IR2
	
	
	
	IR3
	
	
	
	VF2
	
	
	
	Tabla 3. Resultados obtenidos del experimento 3
CUESTIONARIO
1.- Dadas las siguientes cargas monofásicas alimentadas a 127 volts para una casa habitación, calcular la carga para el servicio.
Alumbrado general 4465 VA
Contactos 4000 VA
Aparatos fijos 6790 VA
Bomba de agua 27 VA
2.- Como se determina el tamaño de los conductores del servicio de entrada a una casa habitación o a una habitación en general, así como el número de circuitos derivados que se requieren para alimentar las cargas y que normas se utilizan.
3.-Calcular la carga de alumbrado general para una casa habitación de 18 m x 15 m (Nota.- Según la tabla 6.1 de cargas de alumbrado general en locales es de 20 Watt/m2).
4.-Suponiendo un local en el que, por razones de trabajo se tienen 4 cargas colocadas sin guardar lineamiento alguno. Calentar el centro de carga y la distancia de este a la toma de corriente de acuerdo a la figura 8.
Cargas: 
W1 = 5000watt
W2 = 4000watt
W3 = 6000 watt
W4= 4000 watt
OBSERVACIONES
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CONCLUSIONES
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BIBLIOGRAFIA
· Chester L. Dawes
Tratado de electricidad tomo I y II
· Young-Freedman, University Physics
Edit. Adisson Wesley, EU 1996
· Gilberto Enríquez Harper
Instalaciones eléctricas industriales
Edit. Limusa
En esta práctica armamos un circuito de focos en paralelo, se cumplieron los objetivos propuestos, ya que pudimos conocer cómo se utilizan los circuitos en los hogares y como las medidas que se deben tomar para que no ocurra ningún corto circuito, y determinamos las corrientes que consumían los focos a diferentes potencias.
Vimos cuales son los diferentes tipos de protecciones a los circuitos, para evitar cortos circuitos en las casas habitación, como los fusibles de plomo estaño, los braker que utiliza un electromagneto cuando la corriente excede algún valor o se calienta demasiado.
Al realizar un circuito con fusibles no se deben conectar demasiados dispositivos en la misma línea. También hay que revisar el estado de los cables, ya que uno en mal estado puede causar accidentes.
Para conocer la intensidad, se deben conocer el voltaje de la corriente y la potencia del foco. Dependiendo de la intensidad obtenida se elegirá el número del calibre del cable, para que no ocurra ningún accidente.
Al realizar el circuito debíamos ser muy cuidadosos al conectar los cables y que estos estuvieran en el orden correcto como se indicaba en el diagrama ya que cualquier equivocación podía provocar un corto. También al medir la intensidad con el multímetro debíamos colocar las puntas de prueba en A en lugar de mA, para que no se dañara.
Con los datos teóricos calculamos el porcentaje de error y los datos fueron aceptables ya que ningún valor fue mayor a 10%, con lo que se concluye que la practica fue realizada con éxito.