Ejercicios: Instalaciones y eficiencia en la vivienda

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

En el cuadro eléctrico conviven los magnetotérmicos y el interruptor diferencial. Explica a qué protege cada uno: uno a la instalación y a los aparatos, 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 cuadro eléctrico doméstico 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 la acometida (la entrada general) hasta una llave de agua caliente, nombrando la llave general de paso y el calentador 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 casa, indicando qué ahorra cada una.

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

Al enchufar un aparato estropeado, «salta el diferencial» y toda la casa se queda sin luz. Explica qué ha detectado el diferencial, qué pasos seguirías para rearmar la instalación con seguridad y por qué no debe puentearse nunca ese interruptor.

Un magnetotérmico 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 cuadro hacia las estancias, 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 termo 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: acometida, llave general, calentador 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 calentador y no antes.

Un horno de $3,000\ \text{W}$ y un lavavajillas 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 bombilla 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 estancias NO pondrías un sensor de presencia, razonándolo.

Compara un calentador de agua instantáneo con un termo eléctrico de acumulación: cómo calienta cada uno, cuándo interesa cada sistema (uso puntual frente a varias duchas seguidas) y qué supone 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 $230\ \text{V}$ ($P = V \times I$).
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 ático en Madrid con un gran ventanal orientado al sur, 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 reforma de una vivienda antigua que carece de interruptor diferencial y de toma de tierra en los enchufes, un instalador aficionado afirma: «Si colocamos magnetotérmicos 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 disparar al magnetotérmico 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 toma de tierra como si no.

Una vivienda unifamiliar en zona fría consume $12,000\ \text{kWh}$ anuales de energía térmica para mantener la calefacción a $23\ ^\circ\text{C}$ durante el invierno, con un coste medio de la energía de $0.15\ \text{\$/kWh}$. La familia evalúa dos opciones independientes de ahorro:

• Opción A (Gestión activa): Bajar el termostato a $20\ ^\circ\text{C}$ (se estima un ahorro del $7\ \%$ de energía por cada grado reducido) e instalar un termostato modulante programable por zonas (inversión de $\$420$, que ahorra un $8\ \%$ adicional sobre el consumo ya reducido).

• Opción B (Aislamiento pasivo): Sustituir las ventanas por modelos de triple acristalamiento con rotura de puente térmico (inversión de $\$4,800$, que reduce las pérdidas térmicas globales de la vivienda en un $25\ \%$ manteniendo el termostato a $23\ ^\circ\text{C}$).

1. a) Calcula el ahorro energético anual (en kWh) y el ahorro económico anual (en pesos) que aporta cada una de las dos opciones.
2. b) Calcula el período de retorno de la inversión (amortización simple en años) de ambas opciones.
3. c) Justifica técnicamente cuál de las dos medidas recomendarías implementar en primer lugar y valora la viabilidad de combinarlas.

En una vivienda unifamiliar con jardín y calefacción por suelo radiante, el contador general de agua registra un caudal continuo anómalo de $15\ \text{l/h}$ durante la noche sin que ningún grifo esté abierto, 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 contadores comprobar en cada paso.
2. b) Diseña el algoritmo de control para un sistema domótico inteligente equipado con un caudalímetro electrónico en la acometida 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 una base de enchufe del salón (circuito C2 protegido por un PIA de $16\ \text{A}$ y cableado reglamentario de $2.5\ \text{mm}^2$), se conecta una regleta 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 ella se enchufan a la vez un radiador de aceite de $2,000\ \text{W}$, un calefactor cerámico 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 aparatos encendidos simultáneamente y compárala con los límites admisibles de la regleta, de la línea del enchufe y del magnetotérmico del cuadro.
2. b) Justifica mediante la ley de Joule ($P = I^2 \times R$) por qué existe un grave riesgo de incendio antes incluso de que actúe el magnetotérmico del cuadro eléctrico, identificando con precisión qué elemento de la instalación fallará primero térmicamente.
3. c) Un habitante propone sustituir el magnetotérmico de $16\ \text{A}$ del cuadro 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 empotrada en la pared.

Un edificio residencial de 6 plantas dispone de un sistema centralizado de calefacción monotubo sin regulación individual. Durante el invierno, las viviendas de las plantas bajas alcanzan apenas $17\ ^\circ\text{C}$ (los vecinos usan radiadores eléctricos de apoyo), mientras que en el 6.º piso los termómetros marcan $26\ ^\circ\text{C}$ y los usuarios abren las ventanas para no pasar calor. El gasto comunitario en gas asciende a $\$36,000$ al año.

La comunidad debate dos propuestas de reforma:

• Propuesta A: Sustituir la caldera comunitaria actual por un equipo de aerotermia de alta eficiencia manteniendo la distribución hidráulica actual intacta (inversión: $\$52,000$; reducción del consumo energético estimada en un $30\ \%$).

• Propuesta B: Equilibrado hidráulico de columnas e instalación de válvulas con cabezales termostáticos y repartidores de costes electrónicos en cada radiador de todas las viviendas (inversión: $\$14,500$; ahorro estimado por eliminación del sobrecalentamiento y control individual: $22\ \%$).

1. a) Explica el principio físico y térmico que origina el desequilibrio de temperaturas entre las plantas bajas y altas en este tipo de instalación.
2. b) Evalúa críticamente por qué la Propuesta A resulta técnicamente deficiente para resolver el problema de fondo del edificio, a pesar de suponer un ahorro porcentual mayor de energía.
3. c) Calcula el período de retorno de la inversión para ambas propuestas y redacta una recomendación técnica priorizada y justificada para la junta de vecinos.

Compara tres formas de controlar la calefacción de casa: manual (encender y apagar a mano), programador horario y termostato inteligente con detección de presencia. Evalúa costo, ahorro potencial y el papel de los hábitos de la familia en cada una, y defiende una elección para una familia con horarios desordenados.