El documento describe los sistemas de distribución de energía eléctrica en hogares y automóviles. Explica que los automóviles usan corriente directa mientras que los sistemas domésticos usan corriente alterna debido a que es más fácil elevar y reducir el voltaje. También describe cómo los aparatos están conectados en paralelo para que no se apaguen todos si uno falla, y cómo la corriente está limitada por la resistencia de los cables para evitar sobrecargas.
2. Análisis breve de los sistemas prácticos de distribución de
energía eléctrica en hogares y automóviles.
• Los automóviles emplean corriente directa (cd), en tanto
que casi todos los sistemas domésticos, comerciales e
industriales usan corriente alterna (ca) por la facilidad para
elevar y reducir el voltaje mediante transformadores.
• Las lámparas, los motores y otros aparatos que operan en
el interior de una casa siempre están conectados en
paralelo a la fuente de energía eléctrica
• Si los aparatos estuvieran conectados en serie, al apagarse
uno se apagarían todos los demás.
3. • En Estados Unidos y Canadá, el voltaje doméstico es
nominalmente de 120 V, y en Europa con frecuencia es de
240 V.
• La cantidad de corriente I establecida por un aparato dado
está determinada por su potencia de alimentación P, dada
por la ecuación: P=VI.
• De ahí que I = P/V. Por ejemplo, la corriente en una bombilla
de 100 W es:
4. Diagrama de las partes de un sistema de cableado de una casa. Sólo se ilustran dos
circuitos del ramal; un sistema real podría tener de cuatro a 30 circuitos de ramal. Las
bombillas y los aparatos se conectan en las tomas de corriente. No aparecen los
alambres de conexión a tierra, que normalmente no conducen corriente.
5. • De manera similar, una waflera de 1500 W toma una corriente de (1500
W)/(120 V) = 12.5 A, y tiene una resistencia, a su temperatura de operación,
de 9.6 Ω.
• Puesto que la temperatura depende de la resistividad, las resistencias de
estos aparatos son considerablemente menores cuando se encuentran fríos.
• La corriente máxima disponible desde un circuito individual está limitada por
la resistencia de los alambres.
• Es común que los cables para las bombillas y tomas de corriente empleen
alambres de calibre 12, que tienen un diámetro de 2.05 mm y pueden
conducir en forma segura una corriente máxima de 20 A (sin sobrecalentarse).
• Los fusibles y los interruptores de circuito, también llamados disyuntores o
breakers, brindan protección contra sobrecargas y calentamiento excesivo.
• Un fusible contiene un enlace de aleación de plomo y estaño que se funde a
temperatura muy baja; el enlace se funde y rompe el circuito cuando se
rebasa su corriente nominal
6. • Si el sistema tiene fusibles y se conectan a una misma toma demasiados
aparatos que toman mucha corriente, el fusible se quemará. Nunca
sustituya un fusible por otro de mayor capacidad, pues se arriesga a que
los cables se calienten en exceso y provoquen un incendio.
• El contacto entre los lados con corriente y neutral de la línea provoca un
cortocircuito.
• En las prácticas aceptadas de cableado, un fusible o interruptor sólo se
coloca en el lado con corriente de la línea, nunca en el neutro.
• Se tiene protección adicional contra los accidentes provocados por
descargas, si se emplea un tercer conductor llamado alambre de conexión
a tierra, que se incluye en todos los sistemas de cableado actuales.
7. • Cableado de viviendas y automóviles
Diagrama de un sistema de cableado común de 120-240 V en una cocina. No se ilustran los alambres de
conexión a tierra. Para cada línea, el lado con corriente es de color rojo, y el lado neutro se muestra en azul. (En
los sistemas reales de cableado doméstico se emplea un código de colores distinto.)
8. • Aunque en el análisis anterior hablamos de potencia, lo que compramos a
la compañía de electricidad en realidad es energía.
• La potencia es energía transferida por unidad de tiempo; esto significa que
la energía es la potencia media multiplicada por tiempo.
• La unidad habitual de la energía que vende la empresa es el kilowatt-hora
(1Kw – h)
• 1 kW * h = ( 103 W ) ( 3600 s ) = 3.6 x 106 W * s = 3.6 x 106 J
• Lo normal es que un kilowatt-hora cueste de 2 a 10 centavos de dólar, en
función de la localidad y cantidad de energía consumida.
• Para operar continuamente una waflera de 1500 W (1.5 kW) durante 1
hora se requieren de energía 1,5 Kw; a 10 centavos por kilowatt-hora, el
costo de la energía es de 15 centavos de dólar
9. Ejemplo:
• En el mismo circuito de 20 A y 120 V se conectan un tostador de 1800
W, un sartén eléctrico de 1.3 kW y una lámpara de 100 W. a) ¿Cuánta
corriente toma cada aparato y cuál es su resistencia correspondiente?
b) ¿Esta combinación hará que se queme el fusible?