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Solución Guía Didáctica Nº 5_3
Agosto 19 al 22
PREGUNTA PROBLEMATIZADORA:
¿Cómo se produce la electricidad?
La energía eléctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores.
Un generador consta, en su forma más simple de:
* Una espira que giraimpulsada por algún medio externo.
* Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior.
A medida que la espira gira, el flujo magnético a través de ellacambia con el tiempo, induciéndose una fuerza
electromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente eléctrica.
Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía(hidráulica, térmica, nuclear, etc.)
que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.
En términos generales tenemos que la generación de electricidad consiste en transformar alguna clase
deenergía no eléctrica, sea esta química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica.
Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, queejecutan
alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro
eléctrico.
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y
la energía atómica: la voluntad”
Albert Einstein
1. ¿Qué es la electricidad?
La electricidad es un movimiento de electrones. Así de sencillo. Si conseguimos mover electrones a
través de un conductor (cable) hemos conseguido generar electricidad.
Pero lo que realmente nos importa para la electricidad son los electrones. Son partículas con carga
eléctrica negativa que están girando alrededor del núcleo del átomo.
El átomo, en estado neutro, tiene el mismo número de protones que de electrones, como los dos tienen la
misma carga pero uno + y el otro negativa, el cómputo global de su carga es cero, es decir no tiene carga
eléctrica.
Efectos de la electricidad
Por ejemplo si hacemos pasar electricidad por un filamento, hilo enroscado, por un material llamado
tungsteno o de wolframio, resulta que... ¡¡¡se genera luz!!!. ¿útil no?.
Pero los efectos de la electricidad son muchos más. Los elementos que producen efectos al ser atravesados
por la electricidad (e-) se llaman receptores. Veamos algunos de los principales:
- Receptores luminosos: los que producen luz.
- Receptores magnéticos: producen electromagnetismo.
- Motores: producen giro.
- Receptores Sonoros: producen sonido.
Fíjate, gracias a la electricidad podemos construir bombillas, imanes, motores, timbres, etc. Por eso es tan
importante.
2. ¿Qué es un átomo?
Los átomos son la unidad básica de toda la materia, la estructura que define a todos los elementos y tiene
propiedades químicas bien definidas.
El átomo está formado por un núcleo en cuyo interior se encuentran otras partículas, aún
más pequeñas, llamadas protones y neutrones. Los protones tienen carga eléctrica
positiva y los neutrones solo tienen masa pero no tienen carga eléctrica.
3. ¿Qué es un culombio?
Un culombio es la cantidad de carga eléctrica que circula durante 1 segundo a través de una seccion de un
conductor, cuya intensidad de corriente es 1 amperio.
Ley de coulomb
La ley de Coulomb señala que la fuerza F (newton, N) con que dos carga eléctricas q1 y q2 (en culombios,
C) se atraen o se repelen es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia r (metro, m) que las separa.
4. ¿Cuáles son las Magnitudes Eléctricas? Explique cada una.
A. Carga eléctrica y corriente
La carga eléctrica es la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. Los átomos de un cuerpo son
eléctricamente neutros, es decir la carga negativa de sus electrones se anula con la carga positiva de sus
protones. Podemos cargar un cuerpo positivamente (potencial positivo) si le robamos electrones a sus
átomos y podemos cargarlo negativamente (potencial negativo) si le añadimos electrones.
B. Tensión o voltaje
La Tensión es la diferencial de potencial entre dos puntos. Por eso en física se llama d.d.p (diferencia de
potencial) y en tecnología Tensión o Voltaje. Como ya debemos saber por el estudio de la carga eléctrica la
tensión es la causa que hace que se genere corriente por un circuito.
En un enchufe hay tensión (diferencia de potencial entre sus dos puntos) pero OJO no hay corriente. Solo
cuando conectemos el circuito al enchufe empezará a circular corriente (electrones) por el circuito y eso es
gracias hay que hay tensión.
C. Intensidad de corriente
Es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo. Imaginemos que pudiésemos contar los
electrones que pasan por un punto de un circuito eléctrico en un segundo. Pues eso sería la Intensidad. Se
mide en Amperios (A). Por ejemplo una corriente de 1 A (amperio) equivale a 6,25 trillones de electrones que
han pasado en un segundo.
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D. Resistencia eléctrica
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Los electrones cuando en su movimiento se encuentran con un receptor (por ejemplo una lámpara) no lo
tienen fácil para pasar por ellos, es decir les ofrecen una resistencia. Por el conductor van muy a gusto por
que no les ofrecen resistencia a moverse por ellos, pero los receptores no. Por ello se llama resistencia a la
dificultad que se ofrece al paso de la corriente.
Todos los elementos de un circuito tienen resistencia, excepto los conductores que se considera caso cero.
Se mide en Ohmios (Ω). La resistencia se representa con la letra R.
La resistencia se suele medir con el polímetro, que es un aparato que mide la intensidad, la tensión y por
supuesto también la resistencia entre dos puntos de un circuito o la de un receptor. Para saber más sobre las
resistencias te recomendamos este enlace Resistencia Eléctrica.
E. Potencia eléctrica
La potencia eléctrica la podemos definir como la cantidad de.......
¿Por qué? Pues por que depende del tipo de receptor que estemos hablando. Por ejemplo de una Lámpara o
Bombilla sería la cantidad de luz que emite, en un timbre la cantidad de sonido, en un radiador la cantidad de
calor. Se mide en vatios (w) y se representa con la letra P.
Una lámpara de 80w dará el doble de luz que una de 40w.
Por cierto, su formula es P=V x I (tensión en voltios, por Intensidad en Amperios).
F. Energía eléctrica
La energía eléctrica es la potencia por unidad de tiempo. La energía se consume, es decir a más tiempo
conectado un receptor más energía consumirá. También un receptor que tiene mucha potencia consumirá
mucha energía. Como vemos la energía depende de dos cosas, la potencia del receptor y del tiempo que
este conectado.
Su fórmula es E= P x t (potencia por tiempos)
Su unidad es el w x h (vatio por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilovatios por hora)
Si ponemos en la fórmula la potencia en Kw y el tiempo en horas ya obtendremos la energía en Kw x h.
MAGNITUD
CARGA
TENSIÓN
INTENSIDAD
RESISTENCIA
POTENCIA
ENERGÍA
SIMBOLO
C
V
I
R
P
E
UNIDAD
CULOMBIO
VOLTIOS
AMPERIOS
OHMIOS
VATIOS
VATIO POR HORA
SIMBOLO
C
V
A
Ω
W
wxh
FÓRMULA
V=IxR
I = V/R
R = V/I
P=Vx I
E=Pxt
5. ¿Qué es la Corriente Continua y la Corriente Alterna?, Explique cada una.
CORRIENTE CONTINUA
La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de
estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo, por ejemplo si la pila es de
12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este
gastada y tenga menos tensión).
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CORRIENTE ALTERNA
Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La
corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes).
En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido
de circulación a razón de 50 veces por segundo (frecuencia 50Hz). Según esto también la tensión generada
entre los dos bornes (polos) varia con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), no es constante.
Veamos como es la gráfica de la tensión en corriente alterna.
6. ¿Qué es la resistencia eléctrica? Explicación, tipos de resistencias, código de colores para saber
su valor.
La Resistencia Eléctrica es la oposición o dificultad al paso de la corriente eléctrica. Cuanto más se
opone un elemento de un circuito a que pase por él, la corriente, más resistencia tendrá.
Veamos esto mediante la fórmula de la Ley de Ohm, formula fundamental de los circuitos eléctricos:
I = V / R Esta fórmula nos dice que la Intensidad o Intensidad de Corriente Eléctrica que recorre un circuito o
que atraviesa cualquier elemento de un circuito, es igual a la Tensión (V) a la que está conectado, dividido
por su Resistencia (R).
Según esta fórmula en un circuito o en un receptor que este sometido a una tensión constante (por ejemplo a
la tensión de una pila) la intensidad que lo recorre será menor cuanto más grande sea su resistencia.
Comprobamos que la resistencia se opone al paso de la corriente, a más R menos I.
Todos los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica, excepto los conductores que se considera
caso cero (aunque tienen un poco). Se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la letra R.
Ya sabemos que los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica, pero lógicamente unos tienen más
que otros e incluso hay algunos elementos que su única función es precisamente esa, oponerse al paso
de la corriente u ofrecer resistencia al paso de la corriente para limitarla y que nunca supere una cantidad
de corriente determinada. Un elemento de este tipo también se llama Resistencia Electrica. A continuación
vemos algunas de las más usadas.
De este tipo de resistencias es de las que vamos hablar a continuación. Hay muchos tipos diferentes y se
fabrican de materiales diferentes.
Para el símbolo de la resistencia electrica dentro de los circuitos electricos podemos usar dos diferentes:
Código de Colores de Resistencias Eléctricas
Para saber el valor de un resistencia tenemos que fijarnos que tiene 3 bandas de colores seguidas y una
cuarta más separada.
Leyendo las bandas de colores de izquierda a derecha las 3 primeras bandas nos dice su valor, la cuarta
banda nos indica la tolerancia, es decir el valor + - que puede tener por encima o por debajo del valor que
marcan las 3 primeras bandas. Un ejemplo. Si tenemos una Resistencia de 1.000 ohmios (Ω) y su tolerancia
es de un 10%, quiere decir que esa resistencia es de 1000Ω pero puede tener un valor en la realidad de +- el
10% de esos 1000Ω, en este caso 100Ω arriba o abajo. En conclusión será de 1000Ω pero en realidad puede
tener valores entre 900Ω y 1100Ω debido a la tolerancia.
Los valores si los medimos con un polímetro suelen ser bastante exacto, tengan la tolerancia que tengan.
Ahora vamos a ver como se calcula su valor. El color de la primera banda nos indica la cifra del primer
número del valor de la resistencia, el color de la segunda banda la cifra del segundo número del valor de la
resistencia y el tercer color nos indica por cuanto tenemos que multiplicar esas dos cifras para obtener el
valor, o si nos es más fácil, el número de ceros que hay que añadir a los dos primeros números obtenidos
con las dos primeras bandas de colores.
El valor de los colores los tenemos en el siguiente esquema:
¿Qué es el Polímetro?
El polímetro o multímetro es un aparato de medidas eléctricas. Con él se pueden medir magnitudes
directamente como la tensión, la intensidad y la resistencia eléctrica.
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Recuerda la Intensidad se mide en Amperios (A), la Tensión en Voltios (V) y la Resistencia en Ohmios (Ω).
Todas ellas tiene múltiplos y submúltiplos. Por ejemplo miliamperios (mA).
7. ¿Cuáles son los Circuitos Eléctricos, cuáles son sus elementos? ¿Cómo se genera la corriente
eléctrica?
¿Qué es un circuito eléctrico?
Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre si por los que puede circular una
corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto cualquier circuito debe permitir el paso de
los electrones por su elementos.
Símbolos de los elementos más comunes que se usan en los circuitos eléctricos.
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Circuitos en Serie
Los receptores se conectan una a continuación del otro, el final del primero con el principio del segundo y
así sucesivamente. Veamos un ejemplo de dos lámparas en serie:
Características Circuitos en Serie
Este tipo d circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la
misma, igual a la total del circuito. It= I1 = I2.
La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los receptores conectados en serie. Rt
= R1 + R2.
La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Vt =
V1 + V2.
Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.
Si desconectamos un receptor, todos los demás receptores en serie con el, dejaran de funcionar (no puede
pasar la corriente).
Circuitos en Paralelo
Son los circuitos en los que los receptores se conectan todas las entradas de los receptores unidas y todas
las salidas también se unen por otro lado. Veamos el ejemplo de 2 lámparas en paralelo.
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Característica de los Circuitos en Paralelo
Las tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito. Vt = V1 = V2.
Las suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total del circuito. It = I1 + I2.
La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la
Rt quedaría:
Rt = 1/(1/R1+1/R2)
Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma tensión que tenga el
generador.
Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.
Un ejemplo de conexión real en serie y en paralelo de 2 bombillas con cables. Fíjate sobre todo en el circuito
paralelo que no hace falta hacer ningún empalme en los cables, se unen en los bornes (contactos) de las
propias lámparas.
Circuito Mixtos
Son aquellos circuitos eléctricos que combinan serie y paralelo. Lógicamente estos circuitos tendrán más de
2 receptores, ya que si tuvieran 2 estarían en serie o en paralelo. Veamos un ejemplo de un circuito mixto.
8. ¿Qué es la Potencia Eléctrica?
La potencia electrica podríamos decir que es "La Cantidad de......".
La cantidad de..., dependerá del aparato eléctrico (receptor) al que no estemos refiriendo cuando hablamos
de su potencia. No es lo mismo la potencia de una lámpara que la potencia de un motor. La fórmula para
calcularla será la misma pero el concepto no.
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Por ejemplo cuando hablamos de la potencia eléctrica de una lámpara o bombilla, nos referimos a la cantidad
de luz que emite, si hablamos de la potencia eléctrica de un radiador eléctrico hablamos de su capacidad
para dar calor, si es la potencia eléctrica de un motor será la capacidad de movimiento y fuerza del motor,
etc.
Lógicamente una lámpara con más potencia, dará mas luz, un radiador con más potencia, dará más calor y
un motor con más potencia, tendrá mas fuerza.
9. ¿Que son las Baterías y Acumuladores; diferencias?
Una batería está formada por varios acumuladores, y puede ser ácida o calina en función 'de la naturaleza
del electrolito. Por ejemplo, las baterías de los coches son ácidas, porque contienen un electrolito de ácido
sulfúrico en el que se sumergen una placa de plomo metálico y otra de dióxido de plomo.
Cuando se agota el plomo o el dióxido de plomo la batería está gastada y para recargarla se hace pasar una
corriente eléctrica de la placa positiva a la negativa mediante un alternador o dinamo ( o a veces
conectándola al enchufe de casa) , de manera que el sulfato de plomo se vuelve a des componer en plomo
en la placa negativa, y en la positiva en dióxido de plomo.
Un acumulador es, por tanto, un aparato capaz de retener cierta cantidad de energía en su interior,
suministrada externamente, para emplearla cuando la necesite.Pero ¿Cual es la diferencia entre una batería
y un acumulador? Pues un Acumulador es una celda que almacena energía a través de un proceso
electroquímico.
La Batería es el conjunto de estas celdas para lograr los voltajes necesarios. Por ejemplo, una batería de
auto de 12V es un conjunto en serie de 6 celdas de plomo-ácido de 2V cada una.
La pila es un término que se suele usar cuando hablamos de generadores de electricidad basados en
procesos químicos normalmente no reversibles, o acumuladores de energía eléctrica no recargables (aunque
hoy en día las hay recargables); mientras que batería se aplica generalmente a los dispositivos
electroquímicos semi-reversibles, o acumuladores de energía eléctrica que sí se pueden recarga.
Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se
juntaban varios elementos o celdas: en el primer, caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo,
adosados lateralmente, "en batería", como se sigue haciendo actualmente, para aumentar así la magnitud de
los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente.
10. ¿Ondas Electromagnéticas? ¿Que son, como se forman, tipos y para que se usan?
Las radiaciones electromagnéticas son las generadas por partículas eléctricas y magnéticas moviéndose a la
vez (oscilando). Cada partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una mezcla
de un campo eléctrico con un campo magnético.
Estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e incluso por el vacío.
Imaginemos que movemos de forma oscilatoria (de arriba a bajo) una partícula cargada eléctricamente (o
magnéticamente) como la de la figura:
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Como vemos se crea una perturbación a su alrededor, que es lo que llamamos una onda. Esta onda depende
de la velocidad con la que movamos la partícula (y fuerza), y de la amplitud o distancia entre el inicio y el final
del recorrido.
Cambiando estos valores podemos cambiar el tamaño de la onda. La onda generada tendrá la misma forma
pero más grande y/o con mas ondulaciones por segundo.
Si la partícula tiene un componente eléctrico, pero también uno magnético ya tenemos generada una
radiación electromagnética, con suonda electromagnética. Vamos analizar la onda generada. Para medir
una onda tenemos 3 datos muy importantes como podemos ver en la siguiente figura:
Una onda electromagnética no se genera por una sola partícula, sino que son dos partículas diferentes, una
eléctrica y otra magnética. Además su movimiento es perpendicular, lo que hace la onda sea una mezcla de
dos ondas perpendiculares, una eléctrica y otra magnética.
Pero...¿Por qué son tan importantes las ondas electromagnéticas?. Pues que son una forma de
transportar energía por el aire. No tiene barreras.
Podemos emitir una señal desde un receptor (el punto donde se genera la onda) y recibirla en un receptor (el
punto donde cogemos la onda). Esta onda puede contener información, que primero, esta información se
deberá convertir en una señal en forma de onda electromagnética, y una vez recibida por el receptor,
descodificarla y recibir la misma información que se envió. ¡¡¡Ya podemos enviar información por el aire
sin necesidad de cables o elementos físicos!!!.
Las ondas electromagnéticas se usan para la radio, la televisión, internet, etc. Pero tenemos un problema.
Por el aire viajan muchas ondas. ¿Cómo las diferenciamos? Pues por su Frecuencia (recuerda numero
de veces que se repite la onda), pero es que además a mayor frecuencia, menor longitud de la onda.
11. ¿Cómo se distribuye la Energía Eléctrica?
La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema de Distribución de Energía Eléctrica es la parte del
sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de electricidad, desde la subestación de
distribución, hasta los usuarios finales en sus viviendas.
La fuente que genera la enérgía eléctrica es una central eléctrica y desde ella el primer punto donde va es a
la subestación de distribución. Desde ese punto hasta llegar a las viviendas, fabricas, edificios o los usuarios
finales, se considera la red de distribución de energía eléctrica .
Aquí tienes un esquema y las tensiones que tienen las
distintas partes de la red de distribución. Primero sale de la
central a la estación de distribución, posteriormente se eleva
la tensión en la subestación y se transporta en la red de alta
tensión por cables y antes de llegar a las ciudades se baja la
tensión en las pequeñas subestaciones eléctricas para llegar
a las viviendas a 220V o 380V. Ver video en
aulaclic2013.jimdo.com.
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¿Cómo ahorrar energía en casa?
Hay muchas recomendaciones posibles para ahorrar energía en el hogar, desde aquellas obvias y evidentes
como apagar la luz y algunas menos cómodas como olvidarse del ascensor.
Carlos Salcedo, gerente de eficiencia energética de Schneider Electric, una de las firmas más grandes del
mundo en el diseño de tecnología para el aprovechamiento de la electricidad, habló con ADN sobre algunos
hábitos con los que podríamos darle un respiro al planeta.
Instalar detectores de presencia
Estos se pueden instalar en todos los edificios, especialmente en los públicos, para que la luz se prenda
únicamente cuando hay personas en los corredores o en las oficinas.
Techos altos y despejados
Para el diseño de casas y edificios, la tendencia mundial es instalar techos altos y despejados que puedan
acumular el aire caliente del día (que tiende a subir por ser menos denso). Así evita el aire acondicionado.
Menos hornos y secadoras
Reducir el uso del horno eléctrico, puede representar el 45 por ciento del consumo de la casa. En este mismo
nivel de gasto están electrodomésticos como la lavadora y las secadoras de platos y de ropa.
Bájele el brillo al televisor
Con una imagen más opaca, que no impacte sobre la calidad de la señal, el aparato no tendrá que consumir
tanta energía para iluminar la pantalla. Así usted puede ahorrar energía mientras ve televisión.
Desconecte los equipos que no use
Al desconectar el equipo de sonido, el televisor o el computador se consume menos energía. Los electrodomésticos alimentan el 60 por ciento de sus circuitos cuando están apagados.
Cambie los cepillos de la aspiradora
La aspiradora es uno de los equipos que más consumen energía. Y muchas veces los cepillos que usa no
son eficientes para recolectar la basura y deben pasarse muchas veces por un mismo sitio.
Use bombillas ahorradoras
La luz eléctrica de los bombillos equivale al 15 por ciento del uso total de energía eléctrica en el hogar. Si
cambia las bombillas, podrá ahorrar más de 150 mil pesos al año en costos de electricidad.
No planche de noche
En las horas pico, las pérdidas de este recurso aumentan porque el sistema eléctrico se recalienta al tener
que alimentar, al mismo tiempo, los equipos de millones de hogares. Hágalo en el día.
Pinte las paredes de su casa
Use colores claros. Pintar las paredes del hogar con colores claros, permite que la luz se distribuya con más
eficiencia. Esto reduce el consumo de bombillas eléctricas por la claridad del ambiente.
Use buscadores en Internet con fondo negro
Google ha diseñado formatos con fondo negro (www.googlelightoff.com). Una página web en blanco usa
cerca de 74 vatios, y una con fondo negro alrededor de 59.
Así, además de los consejos frecuentes para el uso eficiente y ahorro de energía, es necesario tener
en cuenta los siguientes aspectos:
· Utilizar instalaciones eléctricas seguras.
· Elegir electrodomésticos fabricados con materiales más ecológicos (esto genera un gran ahorro en los
recursos no renovables y se extiende la vida útil del producto).
· Desconectar aquellos electrodomésticos que no se estén utilizando.
· No dejar que la capa de hielo de los congeladores que no cuentan con sistema “no frost” supere medio
centímetro de grosor.
· No meter comida caliente en el refrigerador y cerrarlo bien.
· No dejar las cafeteras conectadas cuando no se están utilizando.
· Instalar los interruptores termo magnéticos de cada circuito según previo diseño de la instalación, teniendo
en cuenta las magnitudes según las normas técnicas.
· Evitar el uso de extensiones y adaptadores, así como los empalmes con materiales inapropiados.
· Mantener al día los planos de las instalaciones eléctricas.
· Realizar periódicamente mantenimiento preventivo de las instalaciones eléctricas, por medio de personal
técnico calificado.
Contar con buenos diseños, buenos profesionales en la instalación (técnicos e ingenieros), buenos
materiales y certificados, así como el respeto a las normas y reglamentos técnicos vigentes, asegurará un
uso adecuado de las instalaciones eléctricas, que junto con un manejo racional de los equipos, redundará en
un ahorro adecuado así como en la prevención de accidentes.
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