Exercicis: Instal·lacions i eficiència a l'habitatge

Explica què és el quadre general de comandament i protecció d'un habitatge, on se sol col·locar i quines dues funcions compleix (repartir el corrent i protegir).

Al quadre elèctric conviuen els magnetotèrmics i l'interruptor diferencial. Explica què protegeix cadascun: un la instal·lació i els aparells, i l'altre les persones.

La instal·lació elèctrica es divideix en circuits (il·luminació, endolls, cuina...). Explica què és un circuit dins de l'habitatge i dona dos avantatges de tenir-los separats.

La figura mostra un quadre elèctric domèstic per on entra el corrent i surt cap als circuits de l'habitatge, amb un element marcat amb ?. Indica quin element és i explica quan actua i a què o a qui protegeix.

Descriu el recorregut de l'aigua dins d'un habitatge des de l'escomesa (l'entrada general) fins a una aixeta d'aigua calenta, anomenant la clau general de pas i l'escalfador o la caldera.

Anomena els tres sistemes de climatització habituals en un habitatge (calefacció, aire condicionat i ventilació) i explica amb una frase què aporta cadascun al confort.

Explica què és la domòtica i anomena tres aplicacions domòtiques concretes que ajuden a estalviar energia a casa, indicant què estalvia cadascuna.

Explica què són l'interruptor general de l'electricitat i la clau general de l'aigua, i raona per què tota la família hauria de saber on són (pensa en una fuita d'aigua o en una avaria elèctrica).

En endollar un aparell espatllat, «salta el diferencial» i tota la casa es queda sense llum. Explica què ha detectat el diferencial, quins passos seguiries per rearmar la instal·lació amb seguretat i per què no s'ha de pontejar mai aquest interruptor.

Un magnetotèrmic salta quan pel seu circuit passa més corrent del permès; el diferencial salta quan detecta una fuita de corrent. Posa un escenari concret per a cada tret i explica què protegeix cadascun.

L'esquema mostra la planta d'un habitatge amb els circuits que surten del quadre cap a les estances, amb un circuit marcat amb ?. Identifica a quin circuit correspon cada línia i raona per què la cuina sol tenir un circuit propi.

Una família instal·la un termòstat programable, sensors de presència al passadís i programació horària al termo de l'aigua calenta. Explica com estalvia energia cadascuna d'aquestes tres mesures domòtiques.

En l'esquema de la instal·lació d'aigua d'una casa apareixen, en ordre: escomesa, clau general, escalfador i dos ramals (aigua freda i aigua calenta) que arriben al bany i a la cuina. Explica què fa cada element i raona per què el ramal d'aigua calenta surt després de l'escalfador i no abans.

Un forn de $3.000\ \text{W}$ i un rentavaixella de $2.200\ \text{W}$ funcionen alhora a la cuina. Calcula el corrent total que recorre el circuit amb $I = \frac{P}{V}$ (la tensió de xarxa és $230\ \text{V}$) i raona per què aquest circuit porta un automàtic de més amperes que el de la il·luminació.

Uns sensors de presència encenen el llum del passadís només quan hi ha algú. La bombeta LED de $10\ \text{W}$ passava d'estar 5 hores al dia encesa a estar-ne només 1 hora. Calcula l'estalvi anual en $\text{kWh}$ i comenta en quines estances NO posaries un sensor de presència, raonant-ho.

Compara un escalfador d'aigua instantani amb un termo elèctric d'acumulació: com escalfa cadascun, quan interessa cada sistema (ús puntual respecte a diverses dutxes seguides) i què suposa per al consum mantenir aigua calenta les 24 hores.

En el quadre elèctric de la figura, un usuari observa que l'interruptor automàtic magnetotèrmic (PIA) de $25\ \text{A}$ de la cuina salta amb freqüència quan prepara el menjar mentre la rentadora està en marxa. Un veí li aconsella: «Substitueix aquest automàtic per un de $32\ \text{A}$ o $40\ \text{A}$; així no tornarà a saltar i podràs encendre els tres electrodomèstics alhora».

1. a) Comprova quantitativament si l'automàtic de $25\ \text{A}$ saltarà quan funcionin simultàniament el forn ($3.000\ \text{W}$), la rentadora ($2.200\ \text{W}$) i el microones ($800\ \text{W}$) a una tensió de $230\ \text{V}$ ($P = V \cdot I$).
2. b) Refuta tècnicament el consell del veí: prediu què passarà als conductors de la instal·lació elèctrica si es substitueix el PIA per un de més calibre sense canviar la secció dels cables, justificant-ho mitjançant l'efecte Joule i el risc d'incendi segons el REBT.
3. c) Proposa una solució tècnica reglamentària (distribució de circuits segons el REBT) i una pauta d'ús racional que eviti el tret sense necessitat d'obres.

Dissenya el sistema de control domòtic per a la climatització (bomba de calor reversible) i les persianes motoritzades d'un àtic a Madrid amb un gran finestral orientat al sud, subjecte a una tarifa elèctrica amb discriminació horària (hores vall barates de 00:00 a 08:00; hores punta cares de 10:00 a 14:00 i de 18:00 a 22:00).

1. a) Escriu la taula de regles lògiques de control per a l'hivern i per a l'estiu, indicant en cada cas: sensors d'entrada (temperatura interior, radiació solar exterior, horari de tarifa), la condició lògica i l'acció dels actuadors (pujar/baixar persiana, mode i temperatura de consigna de climatització).
2. b) Justifica com el teu disseny aprofita la inèrcia tèrmica de l'edifici i els guanys solars passius per minimitzar el consum en les hores punta sense comprometre el confort dels habitants.

Durant la reforma d'un habitatge antic que no té interruptor diferencial ni presa de terra als endolls, un instal·lador aficionat afirma: «Si col·loquem magnetotèrmics nous i ben calibrats de $16\ \text{A}$ a cada circuit, les persones ja estan totalment protegides davant de qualsevol contacte elèctric amb la carcassa metàl·lica d'una rentadora avariada».

1. a) Refuta tècnicament l'afirmació: si la fase entra en contacte directe amb la carcassa metàl·lica i una persona la toca descalça (resistència corporal aproximada $R = 1.500\ \Omega$ a $230\ \text{V}$), calcula la intensitat de corrent que travessarà el seu cos. Compara aquest valor amb el llindar de fibril·lació ventricular ($30\ \text{mA}$) i amb el corrent mínim que fa disparar el magnetotèrmic de $16\ \text{A}$.
2. b) Explica el principi físic de funcionament de l'interruptor diferencial i justifica per què és l'únic dispositiu capaç de protegir la vida en aquest escenari, tant si hi ha presa de terra com si no.

Un habitatge unifamiliar en una zona freda consumeix $12.000\ \text{kWh}$ anuals d'energia tèrmica per mantenir la calefacció a $23\ ^\circ\text{C}$ durant l'hivern, amb un cost mitjà de l'energia de $0,15\ \text{€/kWh}$. La família avalua dues opcions independents d'estalvi:

• Opció A (Gestió activa): Baixar el termòstat a $20\ ^\circ\text{C}$ (s'estima un estalvi del $7\ \%$ d'energia per cada grau reduït) i instal·lar un termòstat modulant programable per zones (inversió de $420\ \text{€}$, que estalvia un $8\ \%$ addicional sobre el consum ja reduït).

• Opció B (Aïllament passiu): Substituir les finestres per models de triple vidre amb trencament de pont tèrmic (inversió de $4.800\ \text{€}$, que redueix les pèrdues tèrmiques globals de l'habitatge en un $25\ \%$ mantenint el termòstat a $23\ ^\circ\text{C}$).

1. a) Calcula l'estalvi energètic anual (en kWh) i l'estalvi econòmic anual (en euros) que aporta cadascuna de les dues opcions.
2. b) Calcula el període de retorn de la inversió (amortització simple en anys) d'ambdues opcions.
3. c) Justifica tècnicament quina de les dues mesures recomanaries implementar en primer lloc i valora la viabilitat de combinar-les.

En un habitatge unifamiliar amb jardí i calefacció per terra radiant, el comptador general d'aigua registra un cabal continu anòmal de $15\ \text{l/h}$ durant la nit sense que cap aixeta estigui oberta, però no s'aprecia cap taca d'humitat visible a les parets.

1. a) Dissenya un protocol seqüencial de diagnòstic per localitzar en quin subsistema es troba la fuita (xarxa interior sanitària d'aigua freda/calenta, circuit tancat de calefacció o ramal enterrat de reg del jardí), especificant quines claus de pas cal tancar i quins manòmetres o comptadors cal comprovar a cada pas.
2. b) Dissenya l'algorisme de control per a un sistema domòtic intel·ligent equipat amb un cabalímetre electrònic a l'escomesa i una electrovàlvula de tall general. Defineix les condicions lògiques (cabal instantani, volum acumulat i temps continuat) perquè el sistema discrimini amb precisió entre un ús normal (dutxa, ompliment de la rentadora), un degoteig/fuita oculta i el trencament catastròfic d'una canonada, actuant de manera autònoma sense causar talls falsos.

En una base d'endoll de la sala d'estar (circuit C2 protegit per un PIA de $16\ \text{A}$ i cablejat reglamentari de $2,5\ \text{mm}^2$), es connecta una regleta comercial amb cable propi de secció reduïda ($1\ \text{mm}^2$) i una potència màxima admissible indicada pel fabricant de $2.300\ \text{W}$ ($10\ \text{A}$). S'hi endollen alhora un radiador d'oli de $2.000\ \text{W}$, un calefactor ceràmic de $1.500\ \text{W}$ i un televisor de $150\ \text{W}$ a una tensió de $230\ \text{V}$.

1. a) Calcula la intensitat total que demanen els aparells encesos simultàniament i compara-la amb els límits admissibles de la regleta, de la línia de l'endoll i del magnetotèrmic del quadre.
2. b) Justifica mitjançant la llei de Joule ($P = I^2 \cdot R$) per què hi ha un greu risc d'incendi fins i tot abans que actuï el magnetotèrmic del quadre elèctric, identificant amb precisió quin element de la instal·lació fallarà primer tèrmicament.
3. c) Un habitant proposa substituir el magnetotèrmic de $16\ \text{A}$ del quadre per un de $25\ \text{A}$ «perquè no salti en engegar les dues estufes». Explica el perill que introdueix aquesta modificació sobre la instal·lació encastada a la paret.

Un edifici residencial de 6 plantes disposa d'un sistema centralitzat de calefacció monotub sense regulació individual. Durant l'hivern, els habitatges de les plantes baixes arriben amb prou feines a $17\ ^\circ\text{C}$ (els veïns fan servir radiadors elèctrics de suport), mentre que al 6è pis els termòmetres marquen $26\ ^\circ\text{C}$ i els usuaris obren les finestres per no passar calor. La despesa comunitària en gas ascendeix a $36.000\ \text{€}$ a l'any.

La comunitat debat dues propostes de reforma:

• Proposta A: Substituir la caldera comunitària actual per un equip d'aerotèrmia d'alta eficiència mantenint la distribució hidràulica actual intacta (inversió: $52.000\ \text{€}$; reducció del consum energètic estimada en un $30\ \%$).

• Proposta B: Equilibratge hidràulic de columnes i instal·lació de vàlvules amb capçals termostàtics i repartidors de costos electrònics a cada radiador de tots els habitatges (inversió: $14.500\ \text{€}$; estalvi estimat per eliminació del sobreescalfament i control individual: $22\ \%$).

1. a) Explica el principi físic i tèrmic que origina el desequilibri de temperatures entre les plantes baixes i altes en aquest tipus d'instal·lació.
2. b) Avalua críticament per què la Proposta A resulta tècnicament deficient per resoldre el problema de fons de l'edifici, tot i suposar un estalvi percentual més gran d'energia.
3. c) Calcula el període de retorn de la inversió per a totes dues propostes i redacta una recomanació tècnica prioritzada i justificada per a la junta de veïns.

Per gestionar la climatització de dos habitatges amb diferents característiques constructives els ocupants dels quals tenen torns laborals rotatoris i impredictibles, s'analitza la instal·lació d'un termòstat domòtic 'intel·ligent' amb geolocalització que apaga la calefacció en allunyar-se de casa i la reactiva 30 minuts abans d'arribar:

• Habitatge A: Calefacció per radiadors de xapa d'acer i caldera de condensació (baixa inèrcia tèrmica: temps d'escalfament/refredament de l'ordre de 20 a 30 minuts).

• Habitatge B: Calefacció per terra radiant geotèrmic (alta inèrcia tèrmica: temps de resposta per alterar la temperatura ambient de 4 a 6 hores).

1. a) Prediu raonadament el comportament tèrmic interior i la repercussió en l'eficiència energètica del termòstat amb geolocalització en cadascun dels dos habitatges. Justifica per què el sistema resulta idoni per a l'Habitatge A però un fracàs en confort i consum a l'Habitatge B.
2. b) Dissenya l'estratègia de control òptima per a l'Habitatge B (temperatura de consigna en presència i en absència, banda d'histèresi i regulació climàtica per sonda exterior) per maximitzar l'estalvi sense comprometre l'habitabilitat davant d'horaris imprevistos.