Ejercicios: Instalaciones y eficiencia en la vivienda

Explica qué es el tablero general de mando y protección de una vivienda, dónde suele colocarse y qué dos funciones cumple (repartir la corriente y proteger).

En el tablero eléctrico conviven los automáticos termomagnéticos y el interruptor diferencial. Explica a qué protege cada uno: uno a la instalación y a los artefactos, y otro a las personas.

La instalación eléctrica se divide en circuitos (iluminación, enchufes, cocina...). Explica qué es un circuito dentro de la vivienda y da dos ventajas de tenerlos separados.

La figura muestra un tablero eléctrico domiciliario por donde entra la corriente y sale hacia los circuitos de la vivienda, con un elemento marcado con ?. Indica qué elemento es y explica cuándo actúa y a qué o a quién protege.

Describe el recorrido del agua dentro de una vivienda desde el empalme (la entrada general) hasta una llave de agua caliente, nombrando la llave de paso general y el calefón o la caldera.

Nombra los tres sistemas de climatización habituales en una vivienda (calefacción, aire acondicionado y ventilación) y explica con una frase qué aporta cada uno al confort.

Explica qué es la domótica y nombra tres aplicaciones domóticas concretas que ayudan a ahorrar energía en la casa, indicando qué ahorra cada una.

Explica qué son el interruptor general de la electricidad y la llave de paso general del agua, y razona por qué toda la familia debería saber dónde están (piensa en una fuga de agua o en una falla eléctrica).

Al enchufar un artefacto echado a perder, «salta el diferencial» y toda la casa se queda sin luz. Explica qué detectó el diferencial, qué pasos seguirías para rearmar la instalación con seguridad y por qué nunca se debe puentear ese interruptor.

Un automático (interruptor termomagnético) salta cuando por su circuito pasa más corriente de la permitida; el diferencial salta cuando detecta una fuga de corriente. Pon un escenario concreto para cada disparo y explica qué protege cada uno.

El esquema muestra la planta de una vivienda con los circuitos que salen del tablero hacia las piezas, con un circuito marcado con ?. Identifica a qué circuito corresponde cada línea y razona por qué la cocina suele tener un circuito propio.

Una familia instala un termostato programable, sensores de presencia en el pasillo y programación horaria en el calefón del agua caliente. Explica cómo ahorra energía cada una de esas tres medidas domóticas.

En el esquema de la instalación de agua de una casa aparecen, en orden: empalme, llave de paso general, calefón y dos ramales (agua fría y agua caliente) que llegan al baño y a la cocina. Explica qué hace cada elemento y razona por qué el ramal de agua caliente sale después del calefón y no antes.

Un horno de $3.000\ \text{W}$ y un lavaplatos de $2.200\ \text{W}$ funcionan a la vez en la cocina. Calcula la corriente total que recorre el circuito con $I = \frac{P}{V}$ (la tensión de red es $230\ \text{V}$) y razona por qué ese circuito lleva un automático de más amperios que el de la iluminación.

Unos sensores de presencia encienden la luz del pasillo solo cuando hay alguien. La ampolleta LED de $10\ \text{W}$ pasaba de estar 5 horas al día encendida a estar solo 1 hora. Calcula el ahorro anual en $\text{kWh}$ y comenta en qué espacios de la casa NO pondrías un sensor de presencia, razonándolo.

Compara un calefón de paso con un termo eléctrico de acumulación: cómo calienta cada uno, cuándo conviene cada sistema (uso puntual frente a varias duchas seguidas) y qué implica para el consumo mantener agua caliente las 24 horas.

En el cuadro eléctrico de la figura, un usuario observa que el interruptor automático magnetotérmico (PIA) de $25\ \text{A}$ de la cocina salta con frecuencia al preparar la comida mientras la lavadora está en marcha. Un vecino le aconseja: «Sustituye ese automático por uno de $32\ \text{A}$ o $40\ \text{A}$; así no volverá a saltar y podrás encender los tres electrodomésticos a la vez».

1. a) Comprueba cuantitativamente si el automático de $25\ \text{A}$ saltará cuando funcionen simultáneamente el horno ($3.000\ \text{W}$), la lavadora ($2.200\ \text{W}$) y el microondas ($800\ \text{W}$) a una tensión de $230\ \text{V}$ ($P = V \cdot I$).
2. b) Refuta técnicamente el consejo del vecino: predice qué ocurrirá en los conductores de la instalación eléctrica si se sustituye el PIA por uno de mayor calibre sin cambiar la sección de los cables, justificándolo mediante el efecto Joule y el riesgo de incendio según el REBT.
3. c) Propón una solución técnica reglamentaria (distribución de circuitos según el REBT) y una pauta de uso racional que evite el disparo sin necesidad de obras.

Diseña el sistema de control domótico para la climatización (bomba de calor reversible) y las persianas motorizadas de un penthouse en Santiago con un gran ventanal orientado al norte, sujeto a una tarifa eléctrica con discriminación horaria (horas valle baratas de 00:00 a 08:00; horas punta caras de 10:00 a 14:00 y de 18:00 a 22:00).

1. a) Escribe la tabla de reglas lógicas de control para el invierno y para el verano, indicando en cada caso: sensores de entrada (temperatura interior, radiación solar exterior, horario de tarifa), la condición lógica y la acción de los actuadores (subir/bajar persiana, modo y temperatura de consigna de climatización).
2. b) Justifica cómo tu diseño aprovecha la inercia térmica del edificio y las ganancias solares pasivas para minimizar el consumo en las horas punta sin comprometer el confort de los habitantes.

Durante la remodelación de una vivienda antigua que no tiene interruptor diferencial ni conexión a tierra en los enchufes, un instalador aficionado afirma: «Si instalamos automáticos nuevos y bien calibrados de $16\ \text{A}$ en cada circuito, las personas ya están totalmente protegidas frente a cualquier contacto eléctrico con la carcasa metálica de una lavadora averiada».

1. a) Refuta técnicamente la afirmación: si la fase entra en contacto directo con la carcasa metálica y una persona la toca descalza (resistencia corporal aproximada $R = 1.500\ \Omega$ a $230\ \text{V}$), calcula la intensidad de corriente que atravesará su cuerpo. Compara este valor con el umbral de fibrilación ventricular ($30\ \text{mA}$) y con la corriente mínima que hace saltar el automático de $16\ \text{A}$.
2. b) Explica el principio físico de funcionamiento del interruptor diferencial y justifica por qué es el único dispositivo capaz de proteger la vida en este escenario, tanto si existe conexión a tierra como si no.

En una casa con jardín y calefacción por piso radiante, el medidor general de agua registra un caudal continuo anómalo de $15\ \text{l/h}$ durante la noche sin que ninguna llave esté abierta, pero no se aprecia ninguna mancha de humedad visible en las paredes.

1. a) Diseña un protocolo secuencial de diagnóstico para localizar en qué subsistema se encuentra la fuga (red interior sanitaria de agua fría/caliente, circuito cerrado de calefacción o ramal enterrado de riego del jardín), especificando qué llaves de paso cerrar y qué manómetros o medidores comprobar en cada paso.
2. b) Diseña el algoritmo de control para un sistema domótico inteligente equipado con un caudalímetro electrónico en el empalme y una electroválvula de corte general. Define las condiciones lógicas (caudal instantáneo, volumen acumulado y tiempo continuado) para que el sistema discrimine con precisión entre un uso normal (ducha, llenado de lavadora), un goteo/fuga oculta y la rotura catastrófica de una tubería, actuando de forma autónoma sin causar falsos cortes.

En un enchufe del living (circuito C2 protegido por un automático de $16\ \text{A}$ y cableado reglamentario de $2,5\ \text{mm}^2$), se conecta una alargador múltiple comercial con cable propio de sección reducida ($1\ \text{mm}^2$) y una potencia máxima admisible indicada por el fabricante de $2.300\ \text{W}$ ($10\ \text{A}$). En él se enchufan a la vez una estufa de aceite de $2.000\ \text{W}$, una estufa cerámica de $1.500\ \text{W}$ y un televisor de $150\ \text{W}$ a una tensión de $230\ \text{V}$.

1. a) Calcula la intensidad total que demandan los artefactos encendidos simultáneamente y compárala con los límites admisibles del alargador, de la línea del enchufe y del automático del tablero.
2. b) Justifica mediante la ley de Joule ($P = I^2 \cdot R$) por qué existe un grave riesgo de incendio antes incluso de que actúe el automático del tablero eléctrico, identificando con precisión qué elemento de la instalación fallará primero térmicamente.
3. c) Un habitante propone sustituir el automático de $16\ \text{A}$ del tablero por uno de $25\ \text{A}$ «para que no salte al poner las dos estufas». Explica el peligro que introduce esta modificación sobre la instalación embutida en la pared.

Para gestionar la climatización de dos viviendas con distintas características constructivas cuyos ocupantes tienen turnos laborales rotativos e impredecibles, se analiza la instalación de un termostato domótico 'inteligente' con geolocalización que apaga la calefacción al alejarse de la casa y la reactiva 30 minutos antes de llegar:

• Vivienda A: Calefacción por radiadores de chapa de acero y caldera de condensación (baja inercia térmica: tiempo de calentamiento/enfriamiento del orden de 20 a 30 minutos).

• Vivienda B: Calefacción por piso radiante geotérmico (alta inercia térmica: tiempo de respuesta para alterar la temperatura ambiente de 4 a 6 horas).

1. a) Predice razonadamente el comportamiento térmico interior y la repercusión en la eficiencia energética del termostato con geolocalización en cada una de las dos viviendas. Justifica por qué el sistema resulta idóneo para la Vivienda A pero un fracaso en confort y consumo en la Vivienda B.
2. b) Diseña la estrategia de control óptima para la Vivienda B (temperatura de consigna en presencia y en ausencia, banda de histéresis y regulación climática por sonda exterior) para maximizar el ahorro sin comprometer la habitabilidad ante horarios imprevistos.