Instalaciones eléctricas 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
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
PRÁCTICA No. 5
“INSTALACIONES ELECTRICAS RESIDENCIALES”
GRUPO: 21M36 EQUIPO 6
NOMBRE DE LOS INTEGRANTES:
ALONSO MENDOZA ARMANDO GABRIEL
FERNÁNDEZ ROMERO JOSÉ MARCOS
MALDONADO VARGAS DARNELL
MIJANGOS ROMERO EDUARDO
MUÑOZ CARLÍN JOSUÉ NEFTALÍ
ROJAS PÉREZ LIZETTE
NOMBRE DE LOS PROFESORES: SANDRA GLORIA VILLANUEVA FUNEZ
JUAN ARTURO SÁNCHEZ PASCUALLI 
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 (43w)
	F2 (60w)F3 (72w)
	I (A)
	1
	☼
	
	
	0.30 A
	2
	
	☼
	
	0.51 A
	3
	
	
	☼
	0.94 A
	4
	☼
	☼
	
	1.28 A
	5
	☼
	
	☼
	0.82 A
	6
	
	☼
	☼
	1.49 A
	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 experimentalmente las 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.
	Parámetro
	Valor teórico
	Valor experimental
	% Error
	IT
	0.74 A
	0.69 A
	6.76 %
	VF1
	53.28 V
	56.4 V
	5.86 %
	VR2
	74 V
	68.1 V
	7.97 %
	Tabla 2. Resultados obtenidos del experimento 2
Fórmulas que se llegan a usar:
IR2 = IT = IF1
RF1 = Re – R
VF1 = RF1 * IR2
Cálculos teóricos:
Para la corriente total:
Para los voltajes individuales:
Para el voltaje total:
Porcentajes de error:
Para la corriente total:
Para el voltaje en F1:
Para el voltaje en F2:
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 experimental
	% Error
	IT
	2.31 A
	2.27 A
	1.73 %
	IF1
	0.47 A
	0.50 A
	6.38 %
	IF2
	0.56 A
	0.60 A
	7.14 %
	IR3
	1.28 A
	1.17 A
	8.59 %
	VF2
	128.57 V
	122.2 A
	4.95 %
	Tabla 3. Resultados obtenidos del experimento 3
	
Cálculos teóricos:
Para corrientes individuales y el amperaje total: 
IT= I F1+ IF2+ IR3
El valor de las resistencias
Para el valor de voltaje del foco No.2:
Porcentajes de error:
Para la corriente total:
Para la corriente en F1:
Para la corriente en F2:
Para la corriente en R3:
Para el voltaje en F2:
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
VT = VAg = VC = VAf = VBa = 127 volts
IT = IAg + IC + IAf + IBa = 0.0844 + 0.0943 + 0.0555 + 13.9630 = 14.1972A
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. 
Para determinar el tamaño de los conductores del servicio de entrada a una habitación y el número requerido de circuitos derivados a las cargas, se debe calcular en primera instancia la carga total de la casa habitación. Hay básicamente dos métodos para calcular la carga total:
 
- El método estándar
- El método opcional
 
La casa habitación para los fines de los procedimientos de cálculo puede ser unifamiliar, dúplex o una unidad de un complejo habitacional.
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).
NC =wattatt/m^2 * 270m^2 = 5400 watt
4.-Suponiendo un local en el que, por razones de trabajo se tienen 4 cargas colocadas sin guardar lineamiento alguno. Calcular 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
INSTALACIONES ELÉCTRICAS RESIDENCIALES
MARCO TEÓRICO
Se entiende por instalación eléctrica al conjunto integrado por canalizaciones, estructuras, conductores, accesorios y dispositivos que permiten el suministro de energía eléctrica desde las centrales generadoras hasta el centro de consumo, para alimentar a las máquinas y aparatos que la demanden para su funcionamiento.
Para que una instalación eléctrica sea considerada como segura y eficiente se requiere que los productos empleados en ella estén aprobados por las autoridades competentes, que esté diseñada para las tensiones nominales de operación, que los conductores y sus aislamientos cumplan con lo especificado, que se considere el uso que se dará a la instalación y el tipo de ambiente en que se encontrará.
Objetivos de una Instalación Eléctrica
Puede decirse que el objetivo fundamental de una instalación eléctrica es el de cumplir con los requerimientos planteados durante el proyecto de la misma, tendientes a proporcionar el servicio eficiente que satisfaga la demanda de los aparatos que deberán ser alimentados con energía eléctrica. 
Para dar apoyo a lo anteriormente citado tendrán que conjuntarse los factores siguientes:
 Seguridad contra accidentes e incendios: La presencia de la energía eléctrica significa un riesgo para el humano, así como, la de los bienes materiales.
 Eficiencia y economía: Se debe conciliar lo técnico con lo económico
 Accesibilidad y distribución: Es necesario ubicar adecuadamente cada parte integrante de la instalación eléctrica, sin perder de vista la funcionabilidad y la estética.
 Mantenimiento: Con el fin de que una instalación eléctrica aproveche al máximo su vida útil, resulta indispensable considerar una labor de mantenimiento preventivo adecuada.
Clasificación 
Las instalaciones eléctricas pueden clasificarse tomando como base varios criterios. Si se consideran las etapas de generación, transformación, transmisión y distribución tendríamos que hablar de las centrales eléctricas, de los transformadores elevadores, de las líneas de transmisión, de las subestaciones reductoras y de las redes de distribución. 
Si clasificamos a las instalaciones eléctricas en función de sus voltajes de operación, necesariamente habría que mencionarse: alta tensión, mediana tensión y baja tensión. 
En relación con la aplicación, pueden clasificarse en instalaciones eléctricas como residenciales, comerciales e industriales.
Interruptores y Tomas
Los interruptores sencillos serán de tipo de incrustar, apropiados para instalaciones con corriente alterna, con una capacidad de 10 A. 250 V. de contacto mantenido, dos posiciones (abierta y cerrada) con terminales de tornillo apropiados para recibir alambre de cobre de calibres No.12 y No.14, con herrajes, tornillos y placa anterior.
Los tomacorrientes de uso general serán dobles, polo plano y polo a tierra con una capacidad de 15 A. a 250 V. con terminales de tornillo apropiados para recibir cables No.12 y No.14, con herrajes, tornillos y placa.
Lámpara Incandescente
La lámpara incandescente está formada por un filamento de material de elevada temperatura de fusión dentro de una ampolla de vidrio, en cuyo interior se ha hecho el vacío, o bien llena de un gas inerte. Deben utilizarse filamentos con elevadas temperaturas de fusión porque la proporción entre la energía luminosa y la energía térmica generada por el filamento aumentan a medida que se incrementa la temperatura, obteniéndose la fuente luminosa más eficaz a la temperatura máxima del filamento. En las primeras lámparas incandescentes se utilizaban filamentos de carbono, aunque las modernas se fabrican con filamentos de delgado hilo de volframio o tungsteno, cuya temperatura de fusión es de 3.410ºC.
Cables
Los cables que utilizamos en las instalaciones eléctricas residenciales, comerciales o industriales, son un conjunto de hilos conductores de cobre o aluminio recubiertos de un material aislante, normalmente polietileno. El grosor del aislamiento dependerá de la cantidad de corriente eléctrica que transportará el cable y la temperatura a la que se verá sometido.
Se forma de hasta cuatro partes:
1. Conductor: Uno o varios hilos metálicos que conducen electricidad.
1. Aislamiento: Recubrimiento que impide la circulación externa de corriente eléctrica.
1. Capa de relleno: Aislante que envuelve a los conductores.1. Cubierta: Protege de la temperatura al aislamiento.
OBSERVACIONES GENERALES
A la hora de armar el circuito fue necesario poder diferenciar los cables que se iban a utilizar como fase, neutro y regreso. Para facilitar esto los cables tenían que ser de diferente color pero solo se contaba con cable de dos colores diferentes y se tuvo que tener mucho cuidado en cómo se conectaba para no conectar de manera errónea.
Una vez hechas todas las conexiones se procedió a verificar que funcionara bien pero los tres focos quedaron conectados en conexión escalera, esto se debió a una mala interpretación del diagrama que se tenía como guía.
Para hacer las mediciones se quitaban los focos que no se iban a medir, quedando solo los requeridos para cada medición.
Fernández Romero José Marcos
Boleta: 2015320318
Conclusión 
Uno de los circuitos muy importantes que se emplean en las instalaciones eléctricas residenciales es el del circuito en escalera el cual permite controlar el alumbrado desde dos puntos diferentes, haciendo más cómoda el encendido y el apagado de luz en un lugar.
Se debe de tener cuidado al armar este tipo de circuitos y revisar bien el plano para su instalación porque un error puede hacer que el circuito no funcione como se espera, pero además se debe tener precaución al hacer este tipo de instalaciones porque puede ser peligroso, por ello es importante revisar que no esté circulando energía eléctrica durante la instacion
Cuando se conectó el resistor al circuito que se armó, durante la toma de las mediciones de voltaje, los resultados salieron un poco elevados también sucedió con la corriente, esto se puede deber a errores de calibración en nuestros equipos de medición entre otros. Pero relacionando los cálculos teóricos con los resultados experimentales, estos no son tan diferentes, entonces se puede decir que en los circuitos que se armaron para la instalación eléctrica residencial cumple con la ley de Ohm, reforzando la importancia del uso del circuito en escalera para instalaciones eléctricas residenciales.
______________________
Firma
Mijangos Romero Eduardo
No. de Boleta: 2015030844
A lo largo de la fase experimental se verificaron diversos aspectos en relación a la construcción de una instalación eléctrica del tipo residencial de características en cuanto al cableado de forma escalera y en forma de puente con el fin de inspeccionar en cada uno de sus puntos la medición de sus parámetros correspondientes en proporción a las propiedades que llegase a presentar los focos y el cableado dado.
De igual forma, el factor fundamental para el desarrollo de la instalación fue la interpretación de las etapas fase, regreso y neutro de la instalación, en la que, las dos primeras tienden a ser los conductores alimentadores principales; mientras que el último, depende directamente con el cierre del circuito y con la corriente que se es atravesada de la carga y regrese a la fuente de alimentación. 
Del mismo modo, los resultados dados en ambas experiencias arrojaron datos de corriente y voltaje súbitamente altos, considerando la tolerancia permitida al 10%, en donde la mayoría de los datos tienden a ser cercanos al dato antes mencionado. Esto se debe a diversas índoles que llegaron a afectar en la medición de los parámetros de corriente y voltaje, tal es el caso de la interacción del multímetro de gancho en el circuito eléctrico con respecto a las características de los focos, así como también, los factores humanos que acarrearon en el momento en que se dieron las mismas, anexando de igual forma, el desgaste de los componentes impuestos en el armado. 
Y aunque, los valores proporcionados fueron similares a los teóricos, en ambos casos se alcanzaron a cumplir las leyes básicas que conducen a la resolución de circuitos eléctricos de la forma serie y paralelo a través de la Ley de Ohm y sus derivados. 
Por último, cabe mencionar que el fin especificado de una instalación eléctrica residencial es la reducción de materiales, así como también, la organización que conducen en el diseño de cableado e interacción de componentes a lo largo de una zona habitacional. Y en términos industriales, para la facilitación de reparación y ampliación de las dichas. 
________________
Firma
Lizette Roja Pérez
Boleta: 2015321246
En esta practica se armo un circuito típico de las instalaciones residenciales en el cual se pudo observar el funcionamiento de un circuito escalera, el cual consiste en dos apagadores y que indistintamente apagan o prenden uno o mas focos.
Para armar este circuito fue necesario un diagrama en el que se pudieran observar las distintas conexiones, además de cable de preferencia de tres colores distintos para poder identificar cual era la fase, el neutro y el regreso; esto para evitar confusiones durante la conexión.
Una vez que ya se tenia el circuito armado, se utilizaron focos de tres diferentes capacidades y se procedió a hacer la medición de cada uno de ellos, en conjunto y de dos en dos.
En este experimento una vez mas se utilizó la ley de Ohm y se pudo comprobar ya que los valores calculados y medidos tienen un porcentaje de error aceptable.
Para los otros dos experimentos se agrego un elemento resistivo que primero se contexto en serie y después en paralelo. Afecto de manera diferente, ya que según la ley de Ohm así tenia que ser. Pero el resultado a la hora que el foco se encendía fue el mismo. La luz que este daba se producía con menor intensidad por lo tanto no alumbraba tanto.
Un circuito escalera es de mucha utilidad para la vida diaria y saber el funcionamiento de este y como hacerlo es de mucha ayuda.
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Firma
Alonso Mendoza Armando Gabriel 
Boleta: 2018322001 
Se determinó que un circuito en escalera es de gran ayuda y de gran importancia bebido a que es un circuito que se emplea en instalaciones eléctricas residenciales que permite controlar un circuito alumbrado desde dos puntos diferentes. Este circuito emplea interruptores de tres vías. Con interruptores simples no funciona el circuito.
Además de que se recomienda seguir las siguientes indicaciones para una optima instalación y sin riesgo alguno: se debe realizar el armado sin energía eléctrica, verificar con un multímetro que no circule nada de energía eléctrica, identificar todo el cableado para evitar hacer una mala conexión, estas son algunas recomendaciones a seguir.
Además de que al conectar un resistor al circuito se nota cuando al tomar las mediciones del voltaje que se aplica a este se distribuye en cada uno de los elementos del circuito lo mismo pasa para corriente que circula a través del circuito eléctrico.
 
________________
Firma
BIBLIOGRAFÍA
· 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
· Ceduvit. (s.f). Instalaciones eléctricas residenciales. Recuperado, 20 de octubre de 2018 de: http://www.ceduvirt.com/resources/CeduvirtInstalaciones.pdf
· Zuñiga, P. (2016). Tipos de cables eléctricos. Recuperado el 20 de octubre de 2018 de: https://instalacioneselctricasresidenciales.blogspot.com/2016/05/tipos-de-cables-electricos.html