Hoy en día, dado el uso de un gran número de dispositivos electrónicos en la instalación eléctrica doméstica, no es posible establecer una "frontera" entre la electrónica y la electricidad doméstica. De hecho, conocer las instalaciones es algo de gran importancia para el técnico electrónico, es más que eso, los profesionales del área de Electrotécnica necesitan saber un poquito de Electrónica. El punto de partida para que entendamos muchos de los dispositivos que se conectan en una instalación eléctrica doméstica es que, en principio, aporta la energía que dichos dispositivos necesitan para funcionar, y es fundamental saber cómo funciona. En este artículo, que será de gran utilidad para los lectores de todos los sectores, analizaremos el funcionamiento de una instalación eléctrica doméstica típica.
La energía que recibimos de la compañía eléctrica llega a nuestra casa a través de 3 hilos. Por qué el uso de tres hilos no es muy entendido por muchos instaladores que, simplemente por practicar, los utilizan para suministrar las tensiones típicas de 110V y 220V (* que los electrodomésticos comunes necesitan para funcionar.
Entonces, el primer punto importante al analizar una instalación eléctrica doméstica típica es saber cómo llega la electricidad a través de estos tres hilos. La energía eléctrica que recibimos en nuestra casa, en un lenguaje sencillo, está formada por" ondulaciones " de la corriente que va y viene a través de los conductores, presionada por lo que llamamos tensión. Esto significa que la tensión varía suavemente, cambiando su polaridad 120 veces por segundo, de modo que 60 veces ella "empuja" la corriente en cierto sentido, y 60 veces ella "tira" de la corriente en la dirección opuesta.
Representando esto por un solenoide, como se ilustra en la figura 1, lo que tenemos son semiciclos positivos cuando se "empuja" la corriente, y semiciclos negativos cuando se "tira" de la corriente.
Para que una corriente fluya a través de un aparato que está conectado a estos conductores de energía, necesita una ruta completa, es decir, un viaje de ida y vuelta, lo que significa que un solo hilo no puede alimentar ningún aparato. Debemos utilizar obligatoriamente dos hilos, uno de los cuales es aquel en el que se establece la presión que provoca la corriente, y el otro es el llamado "retorno" o tierra, vea figura 2.
Este retorno se llama tierra porque la compañía de energía realmente usa la tierra para cumplir este propósito, como se muestra en la figura 3.
Un hecho importante sobre este hilo de retorno o tierra es que está conectado a un cuerpo que siempre tiene un potencial de referencia igual a cero. Por lo tanto, al estar en contacto con la tierra, incluso si tocamos este hilo, no nos chocaremos, ya que estaremos bajo el mismo potencial y, en consecuencia, ninguna corriente puede fluir a través de nuestro cuerpo. Decimos entonces que este conductor es el "neutro" de la red energética.
De los tres hilos que llegan a nuestra casa trayendo electricidad de la empresa generadora y distribuidora, dos de ellos presentan efectivamente una "presión", y por eso establecen la corriente a través de los dispositivos conectados a ellos. El tercer hilo, que es el central, representa el retorno común que se conecta a tierra, es decir, es el "neutro" de la instalación, vea figura 4.
Evidentemente, antes del primer acceso que tenemos a estos hilos, la empresa instala un contador de energía eléctrica o de consumo energético. El "reloj de luz", como se le conoce popularmente, mide los kilowatts-hora que consumimos, lo que corresponde a la cantidad de energía suministrada.
La forma de calcular el consumo se puede encontrar en otros artículos de este sitio. El contador solo funciona cuando fluye corriente, es decir, cuando un aparato está encendido y por lo tanto requiere la circulación de una corriente que le suministre energía. Tenga en cuenta que si hay alguna deficiencia en la instalación eléctrica que provoque una "fuga" de corriente, por ejemplo, un hilo desnudo tocando una plancha en la estructura de la casa, como se muestra en la figura 5, la corriente circulante activará el medidor que luego registró un consumo inadecuado. De forma más sencilla podemos decir que se trata de una "fuga" de energía por la que el usuario, sin saberlo, paga.
Lo importante es entender que se registra toda la corriente que pasa por el "reloj", determinando el consumo de energía (*).
Después del reloj encontramos un conjunto de dispositivos de protección, que pueden ser fusibles o disyuntores. Los fusibles son elementos que se queman cuando la corriente supera un valor considerado peligroso para la instalación.
Lo que sucede es que la cantidad máxima de corriente que puede pasar a través de un hilo está determinada básicamente por su grosor. Para un espesor dado, cuando la corriente excede un cierto valor, la cantidad de calor producido puede ser peligrosa hasta el punto de afectar la integridad de la funda plástica del hilo. Si esta capa se derrite, con la pérdida de aislamiento, el peligro se vuelve aún mayor, ya que podría producirse un cortocircuito, e incluso un incendio.
Así, la mecha tiene como función quemar, interrumpiendo de antemano el flujo de corriente, en caso de que su intensidad se torne peligrosa hasta el punto de comprometer la integridad de la instalación. Los disyuntores automáticos tienen el mismo propósito, aunque funcionan de manera un poco diferente. Estos componentes tienen el aspecto que se muestra en la figura 6, y consisten básicamente en llaves que se apagan automáticamente cuando la intensidad de la corriente alcanza el valor para el que fueron proyectados.
La ventaja del disyuntor sobre el fusible es que el disyuntor simplemente "dispara", interrumpiendo la corriente cuando se vuelve peligrosa, mientras el fusible se funde. Una vez que se ha eliminado la causa del exceso de corriente, el fusible debe reemplazarse por uno nuevo, mientras que el disyuntor simplemente se restablece. Las principales causas de los fusibles quemados o el resbalamiento de los disyuntores en una instalación eléctrica son los cortocircuitos y las sobrecargas.
Un cortocircuito ocurre cuando la energía eléctrica no encuentra un camino de retorno a través de un dispositivo que limita la intensidad de la corriente. Si un hilo toca otro (fase y neutro, por ejemplo), sin un aparato que entregue la energía, sino un camino de muy baja resistencia, la corriente se vuelve intensa hasta el punto de poner en peligro la instalación. Lo que llamamos cortocircuito sucede, es decir, el "circuito" (camino) no pasa por el aparato alimentado, sino que va directamente al retorno.
En las instalaciones donde se utilizan fusibles, también existen llaves que permiten apagar los distintos sectores en caso de que se requieran mantenimientos, reparaciones o alteraciones. Tenga en cuenta que aquí es donde se realiza la distribución de energía alrededor de la casa. Lo normal en una vivienda es disponer de tres circuitos de distribución que puedan suministrar tensiones de 110V o 220V (o solo uno de ellos), según la instalación.
Partiendo de la llave principal donde llegan los tres hilos, observamos que, de ellos, podemos obtener dos tensiones. Cada hilo de extremo proporciona una tensión de 110V y tiene el retorno común en el hilo del medio, es decir, es neutro para los dos hilos de extremo. Sin embargo, lo que observamos en los hilos extremos es que los movimientos de "ida y vuelta" de los electrones que corresponden a sus corrientes no están sincronizados.
De hecho, uno de los hilos presiona los electrones en la dirección de "avance", al igual que el otro tira de ellos en la dirección de "avance". Como la frecuencia de los movimientos es la misma, pero no sincronizados, cuando uno "va", el otro "viene", es decir, cuando uno es positivo en relación con el neutro, el otro es negativo. Decimos que estos hilos proporcionan energía en oposición a la fase, que se puede representar como se muestra en la figura 8.
Así, podemos hacer una analogía de este tipo de fuente de alimentación con palancas que se representan en la figura 9.
El neutro es apoyo. Si usamos uno de los hilos, que llamamos vivo o fase, y el neutro, tendremos una palanca con una "amplitud" de movimiento menor: es una tensión de 110 V. Por otro lado, si usamos los dos hilos extremos, es decir, las dos fases o en vivo, el movimiento de la palanca tendrá mayor amplitud, y el resultado será una tensión de 220 V.
En instalación doméstica esto es lo que pasa: si tomamos alguna fase y el neutro tendremos 110 V, y si tomamos ambas fases, ya que están en oposición, tendremos 220 V. Nótese que hacemos la distribución de energía equilibrando las corrientes que pasan por los tres hilos. Tomamos dos fases o hilos extremos para el circuito de 220V, que alimentará un grifo eléctrico, ducha y eventualmente otro dispositivo que necesite esta tensión. Tendrá su disyuntor o fusibles adecuados.
Una de las fases y el neutro se utilizan para alimentar el circuito de los enchufes de corriente que se distribuirán por toda la casa. En este circuito podemos hacer una segunda separación, por ejemplo, en una casa de dos pisos, para los enchufes en el piso superior y para los enchufes en el piso inferior. La otra fase y el neutro sirven para alimentar las lámparas, y en este caso también podemos hacer la separación entre el circuito de la planta superior y el de abajo, en el caso de una vivienda de dos plantas.
Tenga en cuenta que esta separación es interesante no sólo en términos de distribución actual, sino también para el mantenimiento. Podemos apagar la llave que alimenta los enchufes para que funcione en uno de ellos, sin tener que apagar la luz, que iluminará la zona en la que se está trabajando. A continuación se muestran los circuitos individuales de los dispositivos alimentados.
Los interruptores y las lámparas están conectados en serie, es decir, la corriente que pasa por el interruptor es la misma que pasa por la lámpara, como se muestra en la figura 10.
Tenga en cuenta que es necesario interrumpir la corriente en un solo hilo, ya que este ya corta el camino que tiene impidiendo su circulación: la lámpara no se enciende. En principio, podemos interrumpir la corriente en el vivo o en el neutro, pero es una buena práctica que el instalador identifique el polo vivo y coloque el interruptor allí. Este procedimiento es interesante porque, si intentamos cambiar una lámpara con solo el interruptor apagado, un toque en cualquier parte metálica del zócalo o circuito no nos impide recibir una buena descarga, ya que comenzamos a formar el circuito de retorno para la corriente, vea figura 11.
Si el polo está vivo o interrumpido, en las partes metálicas del zócalo de la lámpara tendremos solo neutro, es decir, elementos con el mismo potencial que nuestro cuerpo, y que por tanto no pueden dar un choque, aunque los toquemos.
Eso sí, esto no se aplica a una lámpara alimentada por 220 V, donde tenemos los dos hilos en fase. Otros dispositivos son los enchufes de corriente que alimentan diferentes tipos de aparatos. Estos se conectan en diferentes puntos de la instalación, según las necesidades. Podemos disponer en una instalación de enchufes especiales de 220 V, que se conectan a los puntos donde existe esta tensión.
Para la ducha eléctrica es aconsejable un circuito especial con fusibles o disyuntor.
CÓMO HACER UNA BUENA INSTALACIÓN
No basta con saber qué tensiones tenemos en los distintos puntos de una instalación, qué hilos utilizar y dónde conectar los distintos dispositivos para hacer una buena instalación. Son muchos los detalles que en ocasiones no se observan, y que no solo comprometen el buen desempeño de la instalación, sino que incluso pueden poner en riesgo su integridad con peligro de incendios, choques peligrosos e incluso daños a los electrodomésticos alimentados.
También tenemos casos particulares de dispositivos que no siempre están bien instalados y, por tanto, no satisfacen las necesidades de los residentes.
Hay varios ejemplos de estos casos:
¿Cómo instalar una llave que enciende y apaga la misma lámpara de dos puntos en un pasillo? (two-way)
¿Cómo dimensionar los hilos para que una ducha funcione correctamente y sin peligro?
¿Cómo conectar el hilo de tierra a una ducha o grifo eléctrico para que no presente riesgo de descargas peligrosas?
¿Cómo proteger un aparato alimentado contra interferencias o transitorios que se propagan a través de la red eléctrica? ¿Una computadora, por ejemplo?
¿Cómo identificar un hilo vivo y uno neutro en una instalación?
¿Cómo instalar lámparas fluorescentes?
¿Cómo elegir un enchufe de fuerza para usar con una lavadora u otro aparato de alto consumo?
Todas estas preguntas se responden específicamente en el libro Instalaciones eléctricas sin misterios. Es un manual que no debe faltar en el taller de los técnicos electrónicos que también trabajan como electricistas.
TIERRA, NEUTRO, MASA Y FASE
En varios puntos de este artículo donde analizamos la estructura básica de una instalación eléctrica doméstica, citamos los cuatro términos anteriores, mostrando a los lectores que existen "estados" o niveles de tensión que caracterizan a los hilos de una manera muy diferente. manera. o puntos en una instalación donde se conectan dispositivos externos. Las definiciones, con explicaciones de los términos utilizados, se dan a continuación.
TIERRA - La tierra es un conductor de electricidad. Así, cualquier cuerpo que esté en conexión con la tierra tendrá su potencial, es decir, tendrá la misma tensión y no circulará corriente entre ellos. Si un cuerpo está cargado, o bajo un potencial diferente a la tierra, se descarga. Esta forma simple, no demasiado técnica de explicar qué es la tierra, nos muestra que dado que estamos en el mismo potencial de tierra, tocando cualquier punto de un circuito que esté por debajo del potencial de tierra, no nos sorprenderá, ya que no puede haber circulación de corriente.
Esto significa que poner a tierra un cuerpo es la garantía de que no nos electrocuta si lo tocamos.
La barra de tierra de una instalación eléctrica es para garantizar que, en caso de interrupción de los hilos o ocurrencia de problemas, tendremos uno de los conductores conectado a tierra.
NEUTRO - Uno de los conductores de energía de la empresa distribuidora está conectado a tierra, que sirve como retorno para las corrientes que circulan por los dispositivos alimentados. Este conductor es neutro. En la mayoría de las instalaciones está a potencial de tierra (en cuyo caso ambos pueden confundirse), pero hay situaciones en las que un defecto de instalación, como una rotura de hilo, hace que el potencial neutro sea diferente del potencial de tierra, en cuyo caso pueden producirse descargas.
TIERRA: si el neutro o la tierra están conectados al chasis de un dispositivo de manera que ese chasis metálico sirva como conductor de corriente, se denomina tierra. En la mayoría de los casos, la MASA de un aparato coincide con tierra y neutro, lo que significa que si se toca, no pasa nada en cuanto a choque. Sin embargo, hay dispositivos en los que la TIERRA no está necesariamente conectada a tierra o es neutro. Por ejemplo, hay televisores en los que uno de los hilos de alimentación principal está conectado al chasis y no es necesariamente neutro. Así, la MASA de estos televisores puede tener un potencial de 110 V o 220 V, provocando así choques a quienes los tocan.
FASE - El conductor que suministra la energía correctamente y, por lo tanto, está a un potencial sobre el suelo o neutro se llama FASE. Por supuesto, si tocamos a ese conductor, bajo cualquier condición, recibiremos una descarga.