Trabajo Práctico N°2 : Instalaciones Eléctricas Para Uso Informático

Ejercicio 1

Conceptos de tensión, corriente, resistencia y potencia eléctrica. Unidades.

TENSIÓN

   También llamada voltaje o diferencia de potencial, la tensión eléctrica es la diferencia que hay entre dos puntos en el potencial eléctrico, refiriéndonos a potencial eléctrico como el trabajo que se realiza para trasladar una carga positiva de un punto a otro.
De esta manera, el voltaje no es un valor absoluto, sino una diferencia entre las cargas eléctricas, que se mide en Volts (V), según el Sistema Internacional de Unidades.
Si se coloca un conductor eléctrico entre dos puntos que tienen diferencia de potencial, se va a producir un flujo de corriente eléctrica y esta corriente eléctrica, al circular por los cables, es la que permite que los dispositivos electrónicos de la computadora (y todos los dispositivos electrónicos en general) se enciendan. La fuente de fuerza electromotriz (FEM) es la que posibilita que esta corriente circule por los cables.
Cuanto mayor sea la diferencia de potencial o presión entre las cargas, mayor será el voltaje o tensión del circuito correspondiente. Lo que puede ocurrir es que haya un pico de tensión (más electricidad que la necesaria) o una caída de tensión (período de bajo voltaje). Estas variaciones pueden causar problemas en los equipos, por lo que es necesario tener un dispositivo protector adecuado en el que se enchufen todos los componentes de nuestra computadora.

CORRIENTE

   La intensidad de la corriente es la magnitud física que permite expresar la cantidad de electricidad  que atraviesa un conductor en la unidad de tiempo: el Ampere (A). Se trata del flujo de carga que, por acción del movimiento de los electrones, recorre un material.
El amperímetro  es el instrumento que permite medir la intensidad de la corriente eléctrica. Este dispositivo es un galvanómetro con una resistencia en paralelo (denominada shunt) que permite disponer de distintos rangos de medición.

RESISTENCIA

    La resistencia eléctrica se define como la oposición que halla la corriente eléctrica a la hora de entrar en circulación. Su valor se designa en Ohms (Ω). Por otra parte, se conoce como resistencia o resistor  a la pieza electrónica que ha sido fabricada para generar una resistencia eléctrica concreta entre dos puntos de un mismo circuito.
Todos los objetos, sea cual sea su material, ofrecen una menor o una mayor resistencia para el paso de la corriente eléctrica. Entre los metales los que presentan una menor resistencia son la plata y el oro; la razón por la cual los conductores que se utilizan dentro de los cables son de cobre es porque sería sumamente costoso fabricarlos de oro o plata y además, el cobre también es un muy buen conductor.

POTENCIA

    La potencia eléctrica es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por lo tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.

La unidad de medida de la potencia eléctrica  es el Watt (W).

Ejercicio 2

Ley de Ohm

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:

• Tensión o voltaje "E", en volt (V).
• Intensidad de la corriente "I", en ampere (A).
• Resistencia "R" en ohm (Ω) de la carga o consumidor conectado al circuito.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Y si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

FÓRMULA MATEMÁTICA GENERAL DE REPRESENTACIÓN DE LA LEY DE OHM

Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:

Ejercicio 3

Leyes de Kirchhoff

   • Primera Ley de Kirchhoff .

La suma de las caídas de tensión (serie) es igual a la tensión aplicada.

  • Segunda Ley de Kirchhoff .

La corriente que entra a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen.

   

Ejercicio 4

Para los siguientes circuitos calcular las tensiones y corrientes indicadas (utilizar las leyes de Ohm y de Kirchoff). Verificar mediante un programa de simulación de circuitos.

Ejercicio 5

Calcular la resistencia equivalente.

a)  RT = R1 + R2
     RT = 100 Ω + 50 Ω
     RT = 150 Ω

b)  RT = R1 + R2 + R3
     RT = 500 Ω + 700 Ω + 350 Ω
     RT = 1550 Ω

c)  1 / RT = (R1 + R2) / (R1 x R2)
     RT = 1 / [(300 Ω + 300 Ω) / (300 Ω x 300 Ω)]
     RT = 150 Ω

d)  1 / RT = (R1 + R2) / (R1 x R2)
      RT = 1 / [(250 Ω + 100 Ω) / (250 Ω x 100 Ω)]
      RT = 71,428 Ω

e)  1 / RT = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
     1 / RT = 1 / 50 Ω + 1 / 100Ω + 1 / 100Ω
         RT = 1 / 0,04 Ω
         RT = 25 Ω

Ejercicio 6

Para los siguientes circuitos calcular los parámetros indicados.

a)    I = V / R                                                    P = I² x R

       I = 5V / 10 Ω = 0,5 A                                 P = (0,5 A)² x 10 Ω

                                                                        P = 2,5 W

b)    Rt = R1 + R2                                                  I = 100 V / 80 Ω                P = I² x Rt

        Rt = 30 Ω + 50 Ω                                                            P = (1,25 A)² x 80 Ω

        Rt = 80 Ω                                                                        P = 125 W

c)  Rt = 1 / [(10 Ω + 10 Ω) / (10 Ω x 10 Ω)]                           I = V / R

     Rt = 5 Ω                                                                    I = 5 V / 5 Ω = 1 A

    P = I² x R

    P = (1 A)² x 5 Ω

    P = 5 W

d)   P = V x I                                                     

     P / V = I

    200 W / 100 V = 2 A

e)   R1;2 = 1 / [(20 Ω + 40 Ω) / (20 Ω x 40 Ω)] = 13,33 Ω

      Rt  =  30 Ω + 13,33 Ω = 43,33 Ω

      I = V / R                                                                      P = V x I

      I = 100 V / 43,33 Ω                                                     P = 100 V x 2,3 A

      I = 2,3 A                                                                      P = 230 W

Ejercicio 7

Buscar y pegar una tabla que relacione las secciones de los cables y su carga máxima admisible.

Ejercicio 8

Determinar cuál debe ser la potencia de la fuente de alimentación de una CPU que en su interior tiene un motherboard con un microprocesador Intel CORE i7, 4 GB de memoria RAM, un disco rígido de 1 TB, una grabadora/lectora de CD/DVD y una placa de video NVIDIA GEForce 9500 con 512 MB de memoria.

Procesador Intel CORE i7: 120 W aproximadamente

Disco Rígido de 1 TB: 28 W

Lectora/Grabadora CD/DVD: 30 W aproximadamente

Placa de video NVIDIA GEForce 9500: 50 W
Memoria RAM 4 GB: 15 W

       Consumo total aproximado: 241 W

Ejercicio 9

Determinar cuál es la potencia consumida de un equipo compuesto por la CPU del ejercicio anterior con un monitor LCD de 19'' wide, una impresora láser blanco y negro, y una impresora multifunción (tinta).

Impresora multifunción: 16 W (Epson Stylus SX620FW)

Impresora láser blanco y negro: 372 W (Epson EPL-6200)

Monitor LCD 19'' widescreen: 42 W (Samsung)

CPU: 241 W (aprox.)

    Consumo total aproximado: 671 W

Ejercicio 10

• ¿Qué es UPS y para qué se usa?
• Indique cuál utilizaría para una PC compuesta por un CPU y monitor solamente, con una autonomía mínima de 10 minutos. Investigue cuál es su costo.

Definición de UPS
(Uninterruptible Power Supply - Fuente de alimentación no interrumpida). Un UPS es una fuente de suministro eléctrico que posee una batería con el fin de seguir dando energía a un dispositivo en el caso de interrupción eléctrica.
Los UPS suelen conectarse a la alimentación de las computadoras, permitiendo usarlas varios minutos en el caso de que se produzca un corte eléctrico. Algunos UPS también ofrecen aplicaciones que se encargan de realizar ciertos procedimientos automáticamente para los casos en que el usuario no esté y se corte el suministro eléctrico.

Tipos de UPS

• SPS (standby power systems) u off-line: un SPS se encarga de monitorear la entrada de energía, cambiando a la batería apenas detecta problemas en el suministro eléctrico. Ese pequeño cambio de origen de la energía puede tomar algunos milisegundos. Más información en: UPS off-line.

• UPS on-line: un UPS on-line, evita esos milisegundos sin energía al producirse un corte eléctrico, pues provee alimentación constante desde su batería y no de forma directa. El UPS on-line tiene una variante llamada by-pass. Más información en: UPS on-line.

Componentes típicos de los UPS

• Rectificador: rectifica la corriente alterna de entrada, proveyendo corriente continua para cargar la batería. Desde la batería se alimenta el inversor que nuevamente convierte la corriente en alterna. Cuando se descarga la batería, ésta se vuelve a cargar en un lapso de 8 a 10 horas, por este motivo la capacidad del cargador debe ser proporcional al tamaño de la bateria necesaria.
• Batería: se encarga de suministrar la energía en caso de interrupción de la corriente eléctrica. Su capacidad, que se mide en Amperes Hora, depende de su autonomía (cantidad de tiempo que puede proveer energía sin alimentación).
• Inversor: transforma la corriente continua en corriente alterna, la cual alimenta los dispositivos conectados a la salida del UPS.
• Conmutador (By-Pass) de dos posiciones, que permite conectar la salida con la entrada del UPS (By Pass) o con la salida del inversor.

Ejercicio 11

¿Qué es una pinza amperométrica? Usos, principio de funcionamiento, marcas, modelos y precios.

DEFINICIÓN
La pinza amperométrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la corriente para colocar un amperímetro clásico.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de la pinza se basa en la medida indirecta de la corriente circulante por un conductor a partir del campo magnético o de los campos que dicha circulación de corriente que genera. Recibe el nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir.

Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida, así como las caídas de tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte, es sumamente seguro para el operario que realiza la medición, por cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito bajo medida ya que, en el caso de cables aislados, ni siquiera es necesario levantar el aislante.

ALGUNAS MARCAS, MODELOS Y PRECIOS:

• Fluke  => Modelo: 322  =>  Precio: $1180
• Kyoritsu  => Modelo: K2608A  => Precio: $492
• Amprobe => Modelo: ACD-16TRMS-PRO  => Precio: $ 862
• Mastech  => Modelo: Ms-2138r  => Precio: $849
• Koban => Modelo: KP 9805T  => Precio: $703
• Erasmus => Modelo: EPV 95 => Precio: $837

Ejercicio 12

El cuerpo humano y la corriente eléctrica: Efectos sobre el cuerpo para distintos valores de corriente. Medidas para la seguridad eléctrica.

Efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano
Los daños que la corriente eléctrica puede causar si pasa a través del cuerpo humano dependen de dos magnitudes:

• El valor de la intensidad de corriente.
• El tiempo durante el cual el cuerpo está expuesto al paso de la corriente.

En la tabla aparecen los daños ocasionados en el organismo por algunas combinaciones de intensidad de corriente y tiempo de exposición:

Medidas de seguridad

1.- Se debe de usar ropa adecuada para este trabajo.

2.- NO usar en el cuerpo piezas de metal, ejemplo, cadenas, relojes, anillos, etc. ya que podrian ocasionar un corto circuito.

3.- Cuando se trabaja cerca de partes con corriente o maquinaria, usar ropa ajustada y zapatos antideslizantes.

4.- De preferencia, trabajar sin energía.

5.- Al trabajar en lìneas de alta tensiòn, aunque se haya desconectado el circuito, se debe de conectar ( el electricista ) a tierra con un buen conductor.

6.- Es conveniente trabajar con guantes adecuados cuando se trabaja cerca de líneas de alto voltaje y proteger los cables con un material aislante.

7.- Si no se tiene la seguridad del voltaje, o si esta desactivado, no correr riesgos.

8.- Deberan abrirse los interruptores completamente, no a la mitad y no cerrarlos hasta estar seguro de las condiciones del circuito.

9.- Si se desconoce el circuito o si es una conexiòn complicada, familiarizarse primero y que todo este correcto. hacer un diagrama del circuito y estudiarlo detenidamente, si hay otra persona, pedirle que verifique las conexiones o bien el diagrama.

10.- Hacer uso de herramientas adecuadas ( barras aisladoras ) para el manejo de interruptores de alta potencia.

Ejercicio 13

¿Para qué sirve el terminal de conexión a tierra?

   La principal razón de la conexión a tierra, es la de protegernos de una descarga eléctrica. La función de la terminal de tierra es la de mantener a un voltaje de cero volts, toda la estructura metálica de la máquina. De esta manera, si por alguna razón, un conductor eléctrico que tenga un voltaje superior a cero volts, tocara a la estructura de la máquina, esta estructura sigue estando a cero volts, impidiendo que el voltaje del conductor que la tocó, ocasione daños o lesiones a los usuarios de la máquina.

Para instalaciones domésticas normalmente se hace esta conexión, enterrando una varilla de cobre de 3 metros, en un lugar que regularmente esté húmedo para que se haga un buen contacto eléctrico con la tierra.

Ejercicio 14

Protección mediante disyuntor diferencial: Explicar funcionamiento.

Los disyuntores diferenciales protegen las vidas de las personas contra los contactos eléctricos accidentales. Tienen la capacidad de detectar la diferencia entre la corriente de entrada y salida en un circuito. Cuando esta diferencia supera un valor determinado (sensibilidad), para el que está calibrado (30 mA, 300 mA, etc), el dispositvo abre el circuito, interrumpiendo el paso de la corriente a la instalación que protege.
Entonces si con una parte del cuerpo se roza el conductor de fase y con otra el neutro, y la corriente que atraviesa el cuerpo recorre en igual cantidad ambos conductores, el interruptor diferencial no tiene porqué intervenir. En cambio, sí intervendrá cuando se halle en presencia de una simple dispersión de corriente (siempre y cuando corresponda a un valor superior al graduado) determinada por una deficiencia de aislamiento de la instalación o de un aparato conectado a ella.
Cuando las corrientes de entrada y salida no son iguales, los flujos creados por ambas corrientes en el núcleo toroidal dejan de ser iguales y el flujo diferencial crea una corriente que activa el electroimán que posee el disyuntor que a su vez posibilita la apertura de los contactos del mismo.

Ejercicio 15

Realizar un listado de materiales para la instalación eléctrica de 10 computadoras (como las del ejercicio 9) más 5 impresoras láser blanco y negro, 5 impresoras multifunción, UPS, protección termomagnética y disyuntor diferencial. Tomar como ejemplo el laboratorio donde se dicta la materia. Dibujar un plano.

Ejercicio 16

Sabiendo que la sección mínima del cableado para tomas eléctricos es 2,5 mm², indicar si es posible usarlo para el ejercicio anterior.