Ejercicios: Instalaciones y suministros domésticos

Relaciona cada elemento del cuadro general de una vivienda con su función: (1) ICP o limitador, (2) interruptor general automático, (3) interruptor diferencial y (4) magnetotérmicos o PIA de cada circuito, con: (a) corta el suministro si superas la potencia contratada; (b) permite cortar toda la vivienda de una vez y protege frente a sobretensiones internas; (c) protege a las personas frente a derivaciones o fugas de corriente; (d) protege los cables de cada circuito frente a sobrecargas y cortocircuitos.

El interruptor diferencial compara la corriente que entra en la vivienda con la que vuelve por el neutro: si falta una parte (se escapa a tierra a través de un aparato o de una persona), corta en milisegundos. Explica con tus palabras este funcionamiento y por qué se dice que protege a las personas y no a los cables.

Explica qué dos peligros protege un magnetotérmico (PIA) en cada circuito: la sobrecarga (demasiados aparatos a la vez, que calienta los cables poco a poco) y el cortocircuito (contacto directo entre fase y neutro, con corriente brutal e instantánea).

La instalación de una vivienda se divide en circuitos independientes (alumbrado, tomas de corriente, cocina, lavadora...). Explica dos ventajas de esa división: localizar averías sin quedarse a oscuras del todo y usar cables de sección adecuada a lo que consume cada circuito.

Los enchufes actuales tienen un tercer contacto: la toma de tierra. Explica a dónde conduce ese cable (a una pica enterrada junto al edificio) y qué hace si un aparato con la carcasa metálica en derivación se enchufa (desvía la fuga a tierra para que salte el diferencial en vez de dar la corriente a quien lo toca).

Describe el recorrido del suministro de agua en una vivienda: por dónde entra (llave de paso general y contador), qué dos redes interiores hay (agua fría y agua caliente tras el calentador) y qué aparato conviene revisar para evitar fugas.

El gas puede llegar canalizado (gas natural por red) o envasado (bombona de butano o propano). Explica una ventaja de cada forma de suministro y dos medidas de seguridad imprescindibles en una cocina de gas (ventilación permanente y revisión de tubos y llaves).

Describe los elementos de las telecomunicaciones en una vivienda: qué llega desde la calle (fibra óptica o cable), qué hace el router (reparte la conexión por cable y WiFi) y por qué la posición del router influye tanto en la cobertura inalámbrica.

El circuito de la cocina alimenta un horno de $3.000\ \text{W}$ a $230\ \text{V}$. (a) Calcula la intensidad que recorre el circuito, $I = \frac{P}{V}$. (b) Elige el magnetotérmico adecuado entre $10\ \text{A}$, $16\ \text{A}$ y $25\ \text{A}$, justificando la elección. (c) Razona por qué el magnetotérmico debe quedar por encima de la corriente normal del aparato pero lo más cerca posible de ella.

Un circuito de tomas de corriente alimenta como mucho $2.500\ \text{W}$ simultáneos a $230\ \text{V}$. (a) Calcula la intensidad máxima del circuito. (b) Elige su magnetotérmico entre $10\ \text{A}$ y $16\ \text{A}$. (c) Explica qué ocurriría si se conectaran a ese circuito, a la vez, un calefactor de $2.000\ \text{W}$ y un radiador de $1.500\ \text{W}$.

Una vivienda tiene contratados $4{,}6\ \text{kW}$ de potencia. En la cocina funcionan a la vez el horno ($3\ \text{kW}$) y la vitrocerámica ($2\ \text{kW}$). (a) Calcula la potencia total y razona qué ocurre con el limitador. (b) Propón dos formas de resolver el problema sin cambiar de compañía: una de gestión (no usar ambos a la vez) y una técnica (subir la potencia contratada), comentando qué implica cada una en la factura.

La figura muestra el esquema unifilar del cuadro general de una vivienda, con un elemento marcado con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Identifica el elemento marcado con la interrogación y explica su función protectora. (b) Describe el orden de los elementos del cuadro y razona por qué el diferencial va antes de los magnetotérmicos de cada circuito. (c) Explica qué ocurre en cada caso: salta un PIA, salta el diferencial o salta el ICP, y cómo se actúa para rearmar.

El circuito de la cocina, con un magnetotérmico de $25\ \text{A}$, lleva cables más gruesos que el de alumbrado, de $10\ \text{A}$. (a) Explica la relación entre la intensidad máxima de un circuito y la sección de sus cables (más corriente exige más cobre para no calentarse), razonando con $P_{perdida} = I^2 \cdot R$. (b) Razona qué puede pasar si se «protege» un cable fino con un magnetotérmico demasiado grande.

El termo eléctrico de una vivienda es de $1.500\ \text{W}$ y funciona unas $2\ \text{h}$ al día. (a) Calcula su energía mensual ($30$ días), en $\text{kW} \cdot \text{h}$. (b) Calcula su coste mensual a $0{,}20\ \text{€}$ por $\text{kW} \cdot \text{h}$. (c) Comprueba que el circuito de $16\ \text{A}$ del cuadro es suficiente para el termo, calculando su corriente a $230\ \text{V}$.

La figura muestra los tres circuitos interiores de una vivienda alimentados desde el cuadro general, con la corriente de uno de ellos marcada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Calcula la intensidad que recorre el circuito de la cocina, marcada con la interrogación. (b) Calcula la intensidad de los otros dos circuitos. (c) Asigna a cada circuito su magnetotérmico estándar ($10\ \text{A}$, $16\ \text{A}$ o $25\ \text{A}$) justificando la elección.

Al enchufar la lavadora, el diferencial de la vivienda se dispara y corta toda la luz; con la lavadora desenchufada, se puede rearmar sin problema. (a) Explica qué indica ese síntoma (una derivación o fuga a tierra dentro de la lavadora). (b) Describe una secuencia de diagnóstico ordenada para confirmar qué aparato es el culpable. (c) Razona por qué no debe «solucionarse» anulando el diferencial.

El cuadro de una vivienda tiene estos circuitos protegidos: C1 alumbrado ($10\ \text{A}$), C2 tomas de corriente ($16\ \text{A}$), C3 cocina ($25\ \text{A}$) y C4 lavadora y termo ($20\ \text{A}$). La potencia contratada es de $5{,}75\ \text{kW}$ (limitador de $25\ \text{A}$), a $230\ \text{V}$. (a) Calcula la potencia máxima que admite cada circuito, $P = V \cdot I$. (b) Suma las cuatro potencias y comprueba que superan con mucho la potencia contratada: explica por qué la instalación es así (no todo funciona a la vez) y qué elemento vigila el conjunto real. (c) Razona qué ocurre primero si se conectan a la vez el horno ($3\ \text{kW}$), el termo ($1{,}5\ \text{kW}$) y un calefactor ($2\ \text{kW}$).

La figura muestra el cuadro general de una vivienda con los valores de sus protecciones, con la potencia máxima de uno de los circuitos marcada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Calcula la potencia máxima que admite cada uno de los tres circuitos, $P = V \cdot I$, incluida la marcada con la interrogación. (b) Compara la suma de las tres con la potencia contratada y explica por qué pueden coexistir esas cifras. (c) Razona qué protege exactamente cada elemento de la cadena: el ICP, el diferencial y los PIA.

Una regleta enchufada a un circuito de $16\ \text{A}$ alimenta ya $2.500\ \text{W}$. Se le añade un calefactor de $1.500\ \text{W}$. (a) Calcula la intensidad total por el circuito a $230\ \text{V}$. (b) Explica qué dispara el magnetotérmico en este caso: su parte térmica (que responde lenta a la sobrecarga mantenida) o su parte magnética (que responde al instante al cortocircuito), y por qué tarda un rato y no salta de golpe. (c) Razona por qué «aguanta un poco más» no es una estrategia válida: qué les pasa a los cables mientras tanto.

Un calefactor con el aislamiento deteriorado deriva corriente a su carcasa metálica. La vivienda tiene toma de tierra y un diferencial de $30\ \text{mA}$. (a) Explica la secuencia desde que una persona toca la carcasa hasta que el diferencial corta, y el papel de la toma de tierra en esa cadena. (b) Razona por qué el umbral del diferencial es de $30\ \text{mA}$ (por encima de esa corriente a través del cuerpo hay riesgo cardíaco grave) y por qué actúa en milisegundos. (c) Analiza qué cambiaría si la vivienda no tuviera toma de tierra: ¿seguiría protegiendo el diferencial?, ¿cuándo actuaría?

Una cocina usa una bombona de butano de $12{,}5\ \text{kg}$, con un poder energético de unos $12{,}8\ \text{kW} \cdot \text{h}$ por kilogramo. (a) Calcula la energía que contiene la bombona completa. (b) Si la cocina gasta $3\ \text{kW} \cdot \text{h}$ al día, calcula cuántos días dura la bombona. (c) Compara el coste de esa energía con la eléctrica: con la bombona a $18\ \text{€}$ y el $\text{kW} \cdot \text{h}$ eléctrico a $0{,}20\ \text{€}$, calcula cuánto costarían esos mismos $\text{kW} \cdot \text{h}$ en electricidad y comenta el resultado.

Una ducha gasta $10\ \text{L}$ de agua por minuto durante $8$ minutos. (a) Calcula el volumen de agua caliente de cada ducha y el consumo diario de una familia de cuatro personas. (b) Calcula la energía necesaria para calentar esos $80\ \text{L}$ ($80\ \text{kg}$) desde $15\ ^\circ\text{C}$ hasta $45\ ^\circ\text{C}$, con $E = m \cdot c \cdot \Delta T$ y $c = 4.186\ \frac{\text{J}}{\text{kg} \cdot ^\circ\text{C}}$, expresando el resultado en julios y en $\text{kW} \cdot \text{h}$ ($1\ \text{kW} \cdot \text{h} = 3{,}6\ \text{MJ}$). (c) Usa el resultado para explicar por qué el agua caliente es uno de los grandes consumos de la vivienda y qué ahorra más: duchas más cortas o bajar la temperatura del termo.

Una vivienda rural no tiene conexión a la red de gas natural y debe elegir cómo cubrir cocina y agua caliente: bombonas de butano, depósito de propano a granel, pellets o aerotermia eléctrica. Compara las cuatro opciones valorando: (a) infraestructura y espacio necesarios; (b) coste de la energía y de la instalación; (c) comodidad y mantenimiento; (d) impacto ambiental. Termina eligiendo una y justificando la elección para una familia que vive allí todo el año.

En una casa de dos plantas, el WiFi llega mal a las habitaciones de arriba. Las opciones son: repetidores WiFi, cable de red hasta un segundo punto de acceso o adaptadores PLC (que usan la instalación eléctrica para llevar la señal). Compara las tres soluciones: (a) cómo funciona cada una; (b) velocidad y estabilidad esperables de cada opción; (c) qué problema puede tener cada una (interferencias, obras, circuitos eléctricos distintos); (d) elige una para esta casa y justifícala.