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DISEÑO DE REA: ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN VIVIENDAS.
EL MAGNETOTÉRMICO Y EL FUSIBLE.
ORGANIZACIÓN DEL REA
OBJETIVOS
Identificar y conocer el funcionamiento de los elementos de protección frente a sobrecargas y
cortocircuitos en una instalación eléctrica.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
1.
2.
3.
4.
Explicar el riesgo de sobrecarga o cortocircuito en una instalación eléctrica
Explicar principio de funcionamiento de un fusible
Explicar el funcionamiento del control térmico de un magnetotérmico
Explicar el funcionamiento del control magnético de un magnetotérmico
CONTENIDOS
1.
2.
3.
4.
5.
Propiedades de la materia. Dilatación
Corriente eléctrica
Efecto Joule
Campo eléctrico y magnético, electroimán
Elementos eléctricos de seguridad
COMPETENCIAS
1. Comunicación lingüística: Emplea el vocabulario específico relacionado con las
instalaciones en viviendas
2. Matemática: Aplica los conocimientos técnicos en los cálculos de las instalaciones para
adecuar el tipo de elemento de protección a las necesidades
3. Conocimiento e interacción con el mundo físico: Analiza la repercusión
medioambiental de la falta de protección en las instalaciones eléctricas.
4. Competencia digital: Hace uso de programas y hojas de cálculo para determinar los
elementos adecuados de protección
5. Social y ciudadana: Fomenta la participación y el debate en el aula, mediante el
diálogo y la toma de decisiones consensuadas.
RECURSOS
Formularios
Búsqueda de contenidos por internet.
Taller
Simulador Crocodile Clips
ACCIONES DE AULA
Repaso de todos los fundamentos físicos del funcionamiento de los elementos de protección.
Resolución de formularios en el aula para recordar los contenidos necesarios.
Búsqueda de información en internet
Dilatación
Corriente eléctrica
Rozamiento
Efecto Joule
Electroimán
Para afianzar el conocimiento de los dispositivos, aportaremos los mismos al aula.
En el taller se utilizaran circuitos de prueba para comprobar el funcionamiento de los
elementos de protección. Armado, desarmado, procedimiento en caso de detección de avería
ESTRUCTURA Y MULTIMEDIA
CORRIENTE ELÉCTRICA.
Flujo de cargas que recorre un material conductor. Las cargas que se desplazan son los
electrones se mueven hacia los polos positivos dada la carga eléctrica negativa de las mismas.
El instrumento que se emplea para medir la corriente es el amperímetro.
RECUERDA: El flujo de cargas genera un campo magnético.
El movimiento de las cargas es consecuencia del cierre de un circuito.
EFECTO JOULE
Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente
eléctrica, parte de la energía cinética, propia del movimiento de los electrones, se
transforma en calor debido a las colisiones que sufren con los átomos del material
conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor
a su descubridor, James Prescott Joule.
El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuas
colisiones con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética
y un aumento de la temperatura en el propio cable.
En la imagen vemos un filamento incandescente de una bombilla fruto del paso de corriente
por el mismo, y de la elevación de la temperatura del mismo como consecuencia del efecto
Joule.
¿QUÉ SON LOS CORTOCIRCUITOS Y LAS SOBRECARGAS?
Cortocircuito es el fallo en la instalación eléctrica por el que la corriente pasa directamente
desde el conductor de fase al neutro o tierra. Es la unión de dos conductores de diferente
polaridad, este provoca un aumento de la corriente eléctrica muy elevado, y con esta se
incrementa la temperatura en el conductor que puede llegar a derretir el aislante de los
mismos, y provocar incendios o grave deterioro de la instalación.
En el circuito siguiente vemos el efecto de provocar un cortocircuito al cerrar el interruptor,
uniendo los dos polos de la pila de alimentación. Se provoca la destrucción de los
componentes, la pila y el interruptor.
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE LA INSTALACIÓN:
EL FUSIBLE.
El funcionamiento está basado en el efecto joule. Intercalamos
en la instalación un conductor de material y sección adecuada
para que se funda por efecto del calor que genera el paso de la
corriente a su través.
La elección del fusible siempre ha de tener en cuenta que su
destrucción se debe producir antes de que, el circuito en que
está instalado, pueda dañarse, es decir su tolerancia al paso de
la corriente deberá estar por debajo de la del circuito que
protege.
En la imagen podemos ver diferentes tipos de fusibles, así como un porta fusible roscado.
Veamos un circuito sin proteger y protegido con fusible.
En el circuito vemos una resistencia de 30 Ω, y una pila de 9 V. La resistencia sería el elemento
o circuito a proteger.
Si accionamos el interruptor provocamos la rotura de la resistencia, pues no soporta la
corriente de 300 mA que atraviesa el circuito.
Situamos ahora en nuestro circuito un fusible de 50 mA, asegurando con ese valor que se
fundirá antes que la resistencia o circuito que queremos proteger.
Al accionar el interruptor, se destruye el fusible, pero evitamos la rotura del circuito a
proteger, en nuestro ejemplo la resistencia.
¿CÓMO DETERMINAR EL VALOR DEL FUSIBLE?
En nuestro caso sabemos que la resistencia puede dispar como máximo 2W, debemos conocer
la potencia máxima que puede soportar el circuito a proteger, como nuestra pila es de 9V, y
teniendo en cuenta la relación entre potencia tensión y corriente.
P=VI
I=2/9=0,22 A = 220 mA
El fusible a instalar deberá ser menor de ese valor.
Podríamos instalar un fusible de 100 mA y también nos proporcionaría protección a nuestro
circuito, pero nunca uno mayor de 220 mA. Es conveniente tener un margen de seguridad en
la elección del mismo.
MAGNETOTÉRMICO
Los magnetotérmicos son elementos de seguridad frente a sobrecargas y cortocircuitos, más
modernos y eficientes que los fusibles, de forma que sustituyen a estas en las modernas
instalaciones domésticas.
Tienen un doble mecanismo de protección.
Protección térmica.
Está basado en el fenómeno de la dilatación de los metales por efecto del aumento de la
temperatura del mismo. Este aumento de la temperatura es producido por el efecto Joule que
comentábamos con anterioridad. Según el tipo de metal el coeficiente de dilatación, (cambio
de longitud o volumen a temperaturas dadas), es diferente.
Si unimos dos metales con diferente coeficiente de dilatación, unión bimetálica, al aumentar la
temperatura del conjunto, uno de los metales se dilatará más que el otro provocándose una
deformación tal y como muestra la figura.
En nuestro ejemplo el coeficiente de dilatación del metal 2 es mayor que el de 1.
Esta circunstancia se puede aprovechar para que se interrumpa la corriente por el circuito
fijando una de los extremos del conjunto bimetálico, y haciendo pasar la corriente de nuestro
circuito por el mismo.
Se calculará la dilatación y deformación de la unión bimetálica para que a determinado paso
de corriente, (la que proteja nuestro circuito), se interrumpa el mismo tal y como se ve en la
figura.
PROTECCIÓN MAGNÉTICA
La protección magnética está basada en un electroimán.
El paso de una corriente por un conductor genera un campo magnético a su alrededor. Este
fenómeno es utilizado en numerosos dispositivos de uso diario utilizando los electroimanes.
Cuando disponemos de dos imanes se producen fenómenos de atracción o repulsión en
función de la unión de las distintas polaridades de los mismos, y de la aproximación de los
mismos
En nuestro caso disponemos de dos imanes, uno un imán artificial, y el otro una espira
conductora que al ser atravesada por una corriente genera un campo magnético, es decir se
comporta como un segundo imán.
Al introducir el imán en el interior de la espira conductora, sufre los fenómenos de atracción y
repulsión antes comentados al hacer pasar la corriente por la espira.
La protección magnética de nuestro circuito está basada en este fenómeno. Para ello
deberemos ligar nuestro circuito al movimiento del imán dentro de la espira por acción del
campo magnético de la misma. Se calcula el conjunto de forma que el movimiento del imán
interrumpa el circuito por acción del campo con el paso de la corriente.
En condiciones de uso normales, el campo magnético no mueve el imán lo suficiente como
para interrumpir el circuito.
Si la corriente en el circuito aumenta hasta los límites de tolerancia del dispositivo el
movimiento del imán por acción del campo magnético creciente interrumpe el circuito y lo
protege antes de su rotura.
En el vídeo siguiente puedes conocer más sobre el funcionamiento del magnetotérmico
https://www.youtube.com/watch?v=PVMxTUQOisk
ACTIVIDADES DE EVALUACION
MAPA CONCEPTUAL