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Instalación de dos
lámparas en serie
con base de enchufe
03
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.
L1
N
I
R1
R2
R3
U1
U2
U3
Fig. 3.1. Circuito serie.
37
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
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.
Rt = R1 + R2 + R3 + ... Rn
• La tensión total es la suma de las tensiones parciales.
Ut = U1 + U2 + U3 + ... Un
• La potencia total es la suma de las potencias parciales.
Pt = P1 + P2 + P3 + ... Pn
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: 10-16 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.
38
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Conocimientos previos
a) Bipolar 10/16 A 250 V
b) Bipolar con toma de tierra
desplazada
c) Bipolar con toma de tierra
lateral schuko
Fig. 3.2. Distintos tipos de base de enchufe (Cortesía de Simón).
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 tc, éste funcionará tanto si el interruptor está abierto como si está cerrado (Fig. 3.3).
PIA
S
L1
E1
U = 230 V
tc
E2
N
Fig. 3.3. Instalación de un circuito serie y base de enchufe (toma de corriente).
39
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
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.
• 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.
40
03
• 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.
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 (E1).
Una lámpara de 60 W-230 V (E2).
Dos portalámparas rosca E-27.
Un interruptor (S).
Diez regletas de bornas.
C
Circuito
PIA
S
L1
E1
U = 230 V
R
tc
E2
N
It
I2
I1
Fig. 3.4. Circuito serie y base de enchufe.
D Cálculos previos
U2
(230 V)2
RL1 = = = 529 Ω
P1
100 W
U2
(230 V)2
RL2 = = = 881,67 Ω
P2
60 W
41
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Realización práctica
Ut
230 V
I1 = = = 0,163 A
R1 + R2
UL1 = RL1 · I1 = 529 Ω · 0,163 A = 86,227 V
UL2 = RL2 · I2 = 881,67 Ω · 0,163 A = 143,71 V
PL1 = UL1 · I1 = 86,227 V · 0,163 A = 14,055 W
PL2 = UL2 · I2 = 143,71 V · 0,163 A = 23,425 W
Para un receptor de 300 W conectado a la toma de corriente:
P
300 W
I2 = = = 1,304 A
U
230 V
It = I1 + I2 = 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.
42
03
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.
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Realización práctica
Cuestiones
1
¿Por qué las lámparas no lucen con toda su intensidad? ..................................................
.............................................................................................................................
2
¿Por qué la lámpara de 100 W luce menos que la de 60 W? ................................................
.............................................................................................................................
3
¿Qué lámpara tiene mayor tensión en sus extremos? .......................................................
¿Por qué?......................................................................................................................
.............................................................................................................................
4
¿Qué lámpara consume mayor potencia en el circuito? .......................................................
¿Por qué?......................................................................................................................
.............................................................................................................................
5
¿Qué ocurre si desconectamos una lámpara del circuito? .....................................................
....................................................... ¿Por qué? .......................................................
.............................................................................................................................
6
¿Qué le ocurre a cada lámpara si hacemos un cortocircuito en el portalámparas 1?..................
.............................................................................................................................
7
¿Qué ocurre en el circuito si unimos los dos polos de la base de enchufe? ..........................
.............................................................................................................................
8
Sin conectar nada a la base de enchufe, ¿habrá tensión en ella? .......................................
¿Por qué? ...............................................................................................................
¿Circulará corriente a través de ella? ................................................................................
9
¿Habrá tensión en la base de enchufe estando el interruptor abierto? ...............................
¿Por qué? ...............................................................................................................
43
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
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.
1
Dibuja el esquema de emplazamiento de acuerdo con la Figura 3.6.
2
Dibuja el esquema práctico de montaje de acuerdo con la Figura 3.7.
3
Dibuja el esquema desarrollado de acuerdo con la Figura 3.8.
4
Traza las canalizaciones sobre el croquis del panel de prácticas de acuerdo con la Figura 3.9.
5
Realiza la lista de materiales de acuerdo con la Tabla 3.1.
6
Averigua la longitud de conductores para completar la lista de dimensiones de acuerdo con la
Tabla 3.2.
7
Realiza el montaje del circuito en el equipo de prácticas.
8
Comprueba el funcionamiento del circuito.
Fig. 3.5. Sala de fiestas.
44
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Realización práctica
Fig. 3.6. Esquema de emplazamiento.
Fig. 3.7. Esquema práctico de montaje.
Fig. 3.8. Esquema desarrollado.
45
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Realización práctica
E1
F1
S1
E2
X1
X2
Fig. 3.9. Canalizaciones.
Pos.
Cantidad
Denominación
Caracterización
según UNE
Designación abreviada
Color del hilo
Tabla 3.1. Lista de materiales.
Pos.
Longitud
Tabla 3.2. Lista de dimensiones.
46
03
Actividades
Actividades resueltas
1
Disponemos de dos resistencias conectadas en serie cuyos valores son: R1 = 40 Ω; R2 = 60 Ω.
Teniendo en cuenta que por este circuito circula una corriente de 2 A, calcula:
a)
b)
c)
d)
e)
La resistencia total.
La tensión de cada resistencia.
La tensión total.
La potencia que consume cada resistencia.
La potencia total.
Solución
a) Rt = R1 + R2 = 40 Ω + 60 Ω = 100 Ω
b) U1 = R1 · I = 40 Ω · 2 A = 80 V
U2 = R2 · I = 60 Ω · 2 A = 120 V
c) Ut = U1 + U2 = 80 V + 120 V = 200 V
Otra forma de calcularlo sería:
Ut = Rt · I = 100 Ω · 2 A = 200 V
d) P1 = U1 · I = 80 V · 2 A = 160 W
P2 = U2 · I = 120 V · 2 A = 240 W
e) Pt = Ut · I = 200 V · 2 A = 400 W
Otra forma de calcularlo sería:
Pt = P1 + P2 = 160 W + 240 W = 400 W
2
Se tienen dos resistencias conectadas en serie y sabemos que la tensión de R1 es de U1 = 50 V.
La potencia que consume R2 es de P2 = 600 W. Sabemos además que la Ut = 350 V, calcula:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
La tensión de la segunda resistencia (U2).
La intensidad de la corriente.
El valor de la primera resistencia (R1).
La potencia que consume la primera resistencia (P1).
El valor de la segunda resistencia (R2).
La potencia total (Pt).
Solución
a) U2 = Ut – U1;
U2 = 350 V – 50 V = 300 V
b) I = P2/U2;
I = 600 W/300 V = 2 A
c) R1 = U1/I;
R1 = 50 V/2 A = 25 Ω
47
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Actividades
d) P1 = R1 · I2;
P1 = 25 Ω · (2 A)2 = 100 W
e) R2 = U2/I;
R2 = 300 V/2 A = 150 Ω
f) Pt = P1 + P2;
Pt = 100 W + 600 W = 700 W
Pt = Ut · I;
Pt = 350 V · 2 A = 700 W
3
Se tienen dos lámparas de las siguientes características: E1 → (60 W-230 V) y E2 → (40 W230 V). Si se conectan en serie a una tensión de 220 V, calcula:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
La resistencia de cada lámpara.
La resistencia total del circuito.
La intensidad que circula por ellas.
La tensión de cada lámpara.
La potencia que consume cada lámpara.
La potencia total.
Solución
a) Con las características de cada lámpara hallaremos su resistencia:
U2
(230 V)2
R1 = = = 881,67 Ω
P1
60 W
U2
(230 V)2
R2 = = = 1 322,50 Ω
P2
40 W
b) Rt = R1 + R2 = 881,67 Ω + 1 322,50 Ω = 2 204,17 Ω
U
230 V
c) I = t = = 0,104 A
Rt
d) U1 = R1 · I = 881,67 Ω · 0,104 A = 91,70 V
U2 = R2 · I = 1 322 Ω · 0,104 A = 137,49 V
e) P1 = U1 · I = 91,70 V · 0,104 A = 9,54 W
P2 = U2 · I = 137,49 V · 0,104 A = 14,30 W
f) Pt = P1 + P2 = 9,54 W + 14,30 W = 23,84 W
48
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
Actividades
Actividades propuestas
1
Disponemos de tres resistencias en serie, de las cuales conocemos: R1 = 20 Ω; U2 = 60 V;
R3 = 60 Ω; Rt = 110 Ω. Calcula el valor de R2; I; U1; P1; P2; U3; P3; Pt.
2
Dos lámparas cuyas características son E1 (60 W-130 V), E2 (40 W-130 V) están conectadas en
serie a una tensión de 230 V. Calcula el valor de R1; R2; Rt; I; U1; U2; P1; P2; Pt.
3
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; R1; R2; U1; U2.
Actividades complementarias
1
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 R1; R2; U1; U2; P1; P2; Pt.
2
Se tienen dos resistencias conectadas en serie. Del circuito se conocen los siguientes datos:
U1 = 50 V; R2 = 40 Ω; Pt = 260 W. Calcula R1; U2; I; P1; P2.
3
De dos resistencias conectadas en serie se sabe que la potencia disipada en R2 es tres veces
la potencia disipada en R1. La resistencia total es de 56 Ω y la tensión en los extremos de R2
es de U2 = 21 V. Calcula el valor de R1; R2; I; U1; P1; P2.
49
03
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.
3
2
2'
1
4
Fig. 3.10. 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
L1
2
1
2'
4
Fig. 3.11. Detalle de las cajas de derivación.
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.
50
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
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. 3.12. Distintos tipos de toma de corriente.
51
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
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 3091 (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. 3.13. Tensiones de servicio. Color característico, según VDE 0623 e IEC 309-1.
Fig. 3.14. Tomas de corriente multipolares con enclavamiento eléctrico de 16 A a 32 A.
52
03
3. Instalación de dos lámparas en serie...
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. 3.15. Tomas de corriente multipolares con interruptor, de 63 A a 125 A.
Aparato
Lavadora
Lavavajillas
Cocina*
Termo
Plancha
Televisor
Aspirador
Batidora
Tostador
Freidora
Secador de pelo
Potencia (W)
2 000 a 3 500
2 000 a 3 500
2 000 a 7 000
500 a 1 000
500 a 1 000
100 a 400
300 a 800
100 a 150
500 a 1 500
1 000 a 2 000
200 a 750
Consumo medio (kW · h)
2a3
2a4
100 a 140
3a5
5 a 10
30 a 50
3a6
0,3 a 0,5
1a3
3a5
1a2
(lavado)
(lavado)
(por mes)
(por día)
(por mes)
(por mes)
(por mes)
(por mes)
(por mes)
(por mes)
(por mes)
* Para cuatro personas.
Tabla 3.3. Potencia y consumo de los principales electrodomésticos.
53
03