Download - CONCEPTOS ELECTRICOS

En esta unidad aprenderemos a:

•Conocerelsistemaeléctricoylossub-sistemasdegeneración,transporteydistribución.

•Identificarlascaracterísticasdecon-ductores,aislantesysemiconductores,ydiferenciarsucomportamiento.

•Identificarlasprincipalesmagnitudeseléctricasyutilizarcorrectamentesusunidades.

Y estudiaremos:

•Elsistemaeléctrico.•Lageneraciónyelconsumodeelectrici-dad.

•Eltransportedelaelectricidad.•Losefectosdelaelectricidad.•Laclasificacióndelosmaterialesenais-lantes,conductoresysemiconductores.

1Unidad Conceptoseléctricosbásicos

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Conceptoseléctricosbásicos1

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1. Generación y consumo de electricidadElsistemaeléctricodeunpaísincluyelaproducción,eltransporteyladistribucióndelaenergíaeléctrica.EnlaTabla1.1semuestralafuncióndecadaunodeestossubsistemasyenlaFigura1.1unesquemasimplificadodelaestructuradelsistemaeléctrico.

Estructura del sistema eléctrico de un país

Subsistema de producción

Subsistema detransporte

Subsistema de distribución

Seencargadegenerarlaenergíaeléctrica.

Comprendedesdeelcentrodeproducciónhastalassubes-tacionesdetrasformación.

Eselencargadoderepartirlaenergíaeléctricaatodoslosconsumidores.

Tabla 1.1. Estructura del sistema eléctrico de un país.

LaestructurageneraldelsistemaeléctricoindicadaenlaTabla1.1escomúnparatodaslascentralesdegeneraciónqueanalizaremos,siendotambiéncomúnlareddetrans-porteyladedistribución.

Dentrodelsubsistemadedistribución,loscentros de transformacióntienencomofunciónreducirlatensióndelareddedistribuciónalosvaloresdeconsumodoméstico(230y400V),esdecirabajatensión.

Red de transporte220 kV y 400 kV

Centrales degeneración

Subestación detransformacióna alta tensión

Centro de control eléctrico (CECAEL) y Centro de control de energías renovables (CECRE)

Subestaciónde transporte Red de transporte

220 kV y 400 kV

Subestaciónde distribución

Consumo industrialde 132 kV a 12,5 kV

Red de distribucióna 132 kV

Consumo doméstico230 V y 400 V

Fig. 1.1. Producción, transporte y distribución de energía eléctrica.

Antesdeprocederalanálisisdelosdistintossistemasdeproduccióneléctricos,esnece-sarioque conozcamos el origende la electricidad. Laelectricidad es unapropiedadfundamentalde lamateria,originadaen laspartículasque lacomponen,ysepuedemanifestartantoenreposo(electricidad estática)comoenmovimiento(corriente eléctrica).

Laelectrotecniaseencargadelestudiodelasaplicacionestécnicasdelaelectricidad.Paraanalizarlosefectosqueseproducenenlosdistintoscuerpos,esnecesarioconocerlaestructuradelamateria.Elátomoeslacantidadelementaldeunelementoquímicoy,demanerasimplificada,podemosdecirqueestácompuestodeunnúcleo(formadoporlosprotonesylosneutrones)ydeelectronesgirandoensusorbitalesentornoalnúcleo,segúnseindicademanerasimplificadaenlaFigura1.2.

Electrón

Protón

Neutrón

Núcleo

Fig. 1.2. Representación genérica y simplifi cada de un átomo.

¿Sabías que…?

En el segundo curso de esteCiclo Formativo, en el móduloprofesional Instalaciones de dis-tribución seanalizanenprofun-didadlassiguientescuestiones:•La configuración de los cen-trosdetransformación.

•Lasinstalacioneseléctricasdeenlace.

•Las redes de distribución enbajatensión.

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1Conceptoseléctricosbásicos

Elmássencillodetodosloselementoseselátomodehidrógeno,quesemuestraenlaFi-gura1.3.Elátomodehidrógenotieneunelectrón(loselectronestienencarganegativa,ylosqueestánmásalejadosdelnúcleo,queseencuentranenelorbitalmásexterno,sedenominanelectrones de valencia),orbitandoalrededordelnúcleo,dondeseencuentraelprotónconcargapositiva.Enelnúcleodelosátomostambiénseencuentranlosneu-trones,quenotienencarga.

Fig. 1.3.

Hidrógeno

1HHidrógeno

1He – e –

P + P +

Átomo de hidrógeno.

Siacercamosdosátomosdehidrógeno,deformaquecompartansuselectrones(atravésdeldenominadoenlace covalente),formaránunamoléculadehidrógeno(Figura1.4).

H – H

e –

e –

H 2 H H

Fig. 1.4. Molécula de hidrógeno.

Deunmodosencillo,podemosdecirqueporagrupacióndeátomosseformandistintasmoléculasy,poragrupacióndeestas,distintoscompuestos.Asíporejemplo,siseponeencontactounátomodeoxígenoquetieneochoelectrones(dosensuprimeracapayseisenlasegunda)condosátomosdehidrógeno,seformaráunamoléculadeagua(Figura1.5).

H

H

O

H 2O

O HH

Fig. 1.5. Representación de una molécula de agua.

Elcobreesunmaterialmuyutilizadoenelectrotecnia,porejemploen lafabricacióndecableseléctricos.Setrataunátomoquetieneveintinueveelectrones,repartidosencuatroorbitales,segúnsemuestraenlaFigura1.6.

29 electrones

29 P35 N

Orbital 1.º

Orbital 4.º

Orbital 3.º

Orbital 2.º

2 electrones

8 electrones

1 electrones

18 electrones

Átomo de cobre

Fig. 1.6. Representación de un átomo de cobre.

Unidades de medida

Una molécula de agua comola mostrada en la Figura 1.3,¿crees que conducirá bien laelectricidad? El agua en estasituaciónesunbuenaislante,yaqueloselectronesdelamolécu-la resultante están fuertementeunidos.En laprácticadiaria,elaguanoespura,sinoquetienesales disueltas,loquelaconvier-teenunmagníficoconductordela electricidad, por tanto, hayqueevitarqueentrenencontac-toelaguaylaelectricidad.

Recuerda

Loselectrones se distribuyen enórbitasdelasiguientemanera:1.ªhasta2electrones.2.ªhasta8electrones.3.ªhasta18electrones.4.ªhasta32electrones.5.ªhasta32electrones.6.ªhasta18electrones.7.ªhasta8electrones.

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2. ¿Qué es la energía?

Laleydeconservacióndelaenergíadicelosiguiente:«Laenergíanosecreanisedestruye,setransforma».

Alrealizarlatransformacióndeunaenergíaenotra(Figura1.7)seproduceunapérdidadeenergía.Porejemplo,cuandosecargalabateríadeunteléfonomóvil,observamosqueelcargadorsecalienta,yestoesdebidoaquepartedelaenergíaeléctricasetransformaencalor.

EstaspérdidasdebenserreducidaslomáximoposibleparamejorarelrendimientodelosequiposyreducirelconsumoenergéticoylasemisionesdeCO2.

EnlaFigura1.8semuestraelmarcadoqueindicalaeficienciaenergéticaenloselectrodomésticos.Losmáseficientessonaquellosqueaprovechanmejorlaenergíaquerequierenparasufuncionamiento.Así,porejemplo,unalavadoraclaseBesmáseficientequeunadeclaseC.

Transformaciones de energía

energía química

Energía química

Energía eléctrica energía térmica

movimiento

Radiación

movimientoEnergía química

Fig. 1.7. Distintos tipos de transformación de energía.

Laenergía(E)sedefinecomolacapacidadpararealizaruntrabajo,ysemideenjulios(J).

1kWh=1kWx1hora

(Energía)=(potencia)x(tiempo)

G: Superior al 125% de la media.

A++: Consumo de energía inferior al 30% (actualmente solo para frigoríficos).

A+: Entre el 30% y el 42% de la media (actualmente solo para frigoríficos).

A: Consumo de energía inferior al 55% de la media.

B: Entre el 55% y el 75% de la media.

C: Entre el 75% y el 90% de la media.

D: Entre el 90% y el 100% de la media.

E: Entre el 100% y el 110% de la media.

F: Entre el 110% y el 125% de la media.

Más eficiente

Menos eficiente

A

B

CD

EF

G

Fig. 1.8. Efi ciencia energética en electrodomésticos.

Paralamedirlaenergía eléctricaseemplealaunidadkilovatio-hora(kWh),quesedefi-necomoeltrabajorealizadoduranteunahoraporunamáquinaquetieneunapotenciadeunkilovatio(kW).

Laequivalenciaentrejulioykilovatio-horaeslasiguiente:1kWh=3,6·106J.

En los sistemaseléctricos, es importante conocer también lapotencia, que sedefinecomoeltrabajorealizadoenlaunidaddetiempo.LaunidadbásicadepotenciaenelSistemaInternacional(SI)eselvatio(desímboloW),queequivalealapotenciadeunamáquinaquerealizaeltrabajodeunjulioeneltiempodeunsegundo.Normalmenteseutilizaelmúltiplokilowatio.

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Enlasinstalacioneseléctricasdegrantamañoseutilizanmúltiplosdeestasunidades,yaquelaspotenciasyenergías(consumidasogeneradas)sonmuyaltas.Losprincipalesmúltiplosusadosson:

Potencia

1megavatio(MW)=106vatios(W)=103kilovatios(kW)

1gigavatio(GW)=109vatios(W)=106kilovatios(kW)

Energía

1megavatio-hora(MWh)=106vatios-hora(Wh)=103kilovatios-hora(kWh)==103 megavatios-hora(MWh)

1gigavatio-hora(GWh)=109vatios-hora(Wh)=106kilovatios-hora(kWh)==106 megavatios-hora(MWh)

EnlaFigura1.9semuestraelcuadroquerecogeelReglamento Electrotécnico de Baja Tensiónparaestimarlosescalonesonivelesdepotenciadeunavivienda.Observaqueseestablecendosgradosdeelectrificación:básica (condosniveles) yelevada (contresniveles).SiexpresamosestosnivelesenkW,tendríamosparaelbásico:5,75kWy7,36 kW.Paraelsuperior:9,2kW,11,5kWy14,49kW.

La palabra domótica provienede la unión de las palabras:domus (que significa casa enlatín) y tica (que significa pala-braengriego,‘quefuncionaporsísola’).La domótica es el conjunto desistemas que automatizan lasdiferentes instalaciones de unavivienda,aportandoserviciosdegestión energética, seguridad,bienestarycomunicación.En España, CEDOM es la aso-ciación española de domóti-ca. Visita suweb para obtenermás informaciónsobreel tema:http://www.cedom.es/

Web

Fig. 1.9. Grado de electrifi cación en viviendas en función de la pontencia

EnlaFigura1.10semuestranlosequiposmásusualesenlosquesereparteelconsumoeléctricodeunhogar,segúnunestudiorealizadoporelIDAE(InstitutoparalaDiversifi-caciónyAhorrodelaEnergía:http://www.idae.es).Elcon-sumomediodeunhogaresdeunos4000kWhalaño,esdecir,4MWhaño.Sisuponemosqueenunhogarelúnicosuministrodeenergíaeseléctrica,¿quéporcentajesdeltotaldelaenergíacreesqueconsumecadaequipo?

Solución:Enaguacalienteun3%,envitrocerámicaycocinaeléc-tricaun9%,encalefacciónun15%,enpequeñoelectro-domésticoun7%,entelevisiónun10%,enfrigoríficoun18%,enlavadoraun8%,enlavavajillasun2%,enseca-doraun2%,enmicroondasun2%,enhornoeléctricoun4%,enordenadorun1%,enaireacondicionadoun1%yeniluminaciónun18%.

Caso Práctico 1

Fig. 1.10.

LavavajillasLavadora FrigoríficoOrdenador

Televisor

Aire acondicionadoHorno eléctrico

Micro-ondasSecadora

Calefacción

Pequeñoelectrodoméstico

Aguacaliente

Iluminación

Vitrocerámica

Equipos en los que se reparte el consumo eléctrico de un hogar.

MINISTERIODECIENCIAYTECNOLOGÍA

GUÍA TÉCNICA DE APLICACIÓN: INSTALACIONES INTERIORES

INSTALACIONESINTERIORESENVIVIENDASNÚMERODECIRCUITOSYCARACTERÍSTICAS

GUÍA–BT-25

Edición:septiembre2003Revisión:1

Electrifi cación Potencia (W) Calibre interruptor general automático (IGA)

Básica 5750 25 7350 32

Elevada 9200 4011500 5014490 63

El interruptor de control de potencia (ICP) es un dispositivo para controlar que la potencia realmente demandada por el consumidor no exceda de la contratada, su colocación es potestativa de la compañía suministradora.

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Unabombilla tradicionalde100W(quecuestaunos0,6euros)proporcionalamismaluzqueunalámparadebajoconsumode20W(quecuestaaproximada-mente9euros).Siestánencendidasunas4horasdiarias,¿cúalserásuconsumoeléctricoalolargodeunaño?SuponiendoqueelkWhcuesta0,14euros,¿cuálresultamáseconómica?

Solución:

Labombillatradicionalconsume:

100W·4horas/día·365días=146000Wh,esdecir,146kWh

Ladebajoconsumo:

20·4horas/día·365días=29200Wh,esdecir,29,20kWh

SupniendoqueelkWhcuesta0,14euros,elconsumoconlabombillatradicionalcuesta:

146·0,14=20,44euros

Conladebajoconsumo:

29,20·0,14=4,08euros

Enunaño,lalámparadebajoconsumonosahorracasi16euros.

Porotraparte,laslámparasdebajoconsumoduran8vecesmás(8000horas)quelasbombillasconvencionales(1000horas).Elgastodeambasen8000horasdevidaútiles:

Bombilladebajoconsumo:20W·8000h·0,14euros/kWh=22,4euros

Bombillatradicional:100W·8000h·014euros/kWh=112euros

Alconsumirmenosenergía,sereducelaemisióndeCO2.

Caso Práctico 2

Sepuedenrealizarvariasclasificacionesdelasfuentesdeenergía,segúndistintoscrite-rios.LaFigura1.11muestralaclasificacióndelaenergíaenfuncióndesuorigen.

Clasificación de las fuentes de energía

Primaria Secundaria o final

Lafuentedeenergíaseobtienedirectamentedelanaturaleza.Porejemplo:elcarbón,gasnatural,energíaeólica,bio-masaoenergíasolar.

Laenergíaseobtieneapartirdeunafuenteprimaria,atra-vésdesutransformación(porejemplo,unacentralhidroeléc-trica).

Fig. 1.11. Clasificación de las fuentes de energía según su origen.

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EnlaTabla1.2semuestranlasformasdetransformacióndedistintostiposdeenergíaenenergíaeléctrica:

Energía Aplicaciones

Electricidad estática.Setransformaenelectricidaddebidoacargaseléctricasenreposo.

Electricidad estática. Setransforma en electricidad debido a

cargas eléctricas en reposo.

Inducción electromagnética.Transformación de la energía

cinética en eléctrica.

Electroquímica. Transformaciónde energía química en eléctrica.

Fotoeléctrica. Transformacióndebida al efecto de la luz.

Termoeléctrico. Transformacióndel calor en electricidad.

Piezoeléctrica. Surge de lapropiedad que tienen ciertos cristales

al ser sometidos a presión.

Nuclear. Transfomación dereacciones atómicas en electricidad.


Generadores de alta tensión, tipo Vander Graff

Generadores eléctricos

Pilas, baterías, acumuladores

Paneles solares

Termopila, neveras de camping

Aplicación en: encendedores,mecheros, activación del airbag

Centrales nucleares

Generadoresdealtatensión,tipoVanderGraff.

Inducción electromagnética.Trans-formacióndelaenergíacinéticaeneléctrica.















Paneles solares



Centrales nucleares

Generadoreseléctricos.

Electroquímica. Transformacióndeenergíaquímicaeneléctrica.















Paneles solares



Centrales nucleares

Pilas,baterías,acumuladores,etcétera.

Fotoeléctrica.Transformacióndebidaalefectodelaluz.















Paneles solares



Centrales nucleares

Panelessolares.

Termoeléctrico.Transformacióndelcalorenelectricidad.















Paneles solares



Centrales nucleares

Termopila,neverasdecam-ping,etc.

Piezoeléctrica.Surgedelapropie-dadquetienenciertoscristalesalsersometidosapresión.















Paneles solares



Centrales nucleares

Encendedores,mecheros,acti-vacióndelairbag,etc.

Nuclear.Transfomacióndereaccio-nesatómicasenelectricidad.















Paneles solares



Centrales nucleares

Centralesnucleares,satélites,submarinos,etc.

Tabla 1.2. Formas de transformación de diferentes tipos de energía en energía eléctrica.

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En la Tabla1.3 semuestra una relaciónde las energías renovablesque sepuedentransformarenenergíaeléctrica.EnlaTabla1.4,delasnorenovables.

Energías renovales

Energía Principio de funcionamiento

Solar

Solarfotovoltaica:transformacióndelaenergíasolarenelectricidad.

Solartérmica:transformacióndelaenergíasolarparacalentaragua,ypartirdeaquíparagenerarelectricidad.

Hidráulica Transformalaaltapresiónquesegeneraenlastuberíasenelectrici-dad.

Eólica Transformacióndelaenergíadelvientoenelectricidad.

Biomasa Transformacióndeladescomposicióndelamateriaorgánicaenelectricidad.

Mareomotriz Transformacióndelaenergíadelmarenelectricidad.Puedeaprove-charlasolas,lascorrientesmarinasolasmareas.

GeotérmicaTransformacióndelaenergíacaloríficadelatierraenelectricidad.Seestáempleandoconéxitoparaviviendasunifamiliaresopeque-ñascomunidades.

Ademásdelasaquíindicadas,seestándesarrollandootrastécnicasbasadasen:• Biocombustibles:utilizacióndecombustiblesdeorigenvegetal(soja,algas,etc.).

Sonmuycuestionadosporgruposecologistas.

• Pilasocélulasdecombustible:enlascélulasdecombustiblesecombinaeloxí-geno del aire con el hidrógeno para generar corriente eléctrica continua. Seencuentranenfasededesarrollotecnológico.

Tabla 1.3. Energías renovables.

Energías no reno-

vales

Energía Utilización

Fósiles

Carbón Aproximadamenteel40%delaenergíaeléctricaprodu-cidaenEspañatienesuorigenenestafuentedeenergía.

Gas naturalLautilizacióndecentraleseléctricasquefuncionancongasestáenaumento,yaquesehanconseguidocentralesmáslimpiasyeficientes.

Petróleo y derivados

Lautilizacióndeestetipodeenergíasparagenerarelectricidad,estáenclaroreceso,siendoelprincipiodefuncionamientosimilaralasqueempleanrestosfósiles,perolosefectoscontaminantessonmuchomayores.

Minerales Uranio Aquíelcombustibleesuranioenriquecido.Problemasqueplantea:seguridadyresiduos.

Tabla 1.4. Energías no renovables.

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3. El transporte de la electricidadEltransportedelaenergíaenaltatensiónestájustificadoporquereducemucholaspér-didasdeenergía,perolaprobabilidaddequeseproduzcaun«arco eléctrico»atravésdelaireesmuchomayor.Sedebenextremarlasmedidasdeprotecciónyaislamientodeltransporte,paraevitarqueestosarcossepuedanproducirentrelosconductoresoentreloscablesylasuperficie.

Lastensionesutilizadasenlareddetransportesonde220kV(220000V)y400kV(400000V).

Alrealizareltrazadodelaslíneasdetransporte,sedebentenerencuenta,ademásdelosfactorespropiamentetécnicosylosderivadosdelapropiageografíadelazona,lossiguientes:

• Nivelderadiaciónysuefectosobrelapoblación.

• Impactoambientalsobreelpaisaje,lafloraylafauna.

3.1. Efectos de la electricidad

Lacorrienteeléctricaproduceenlamateriadistintosefectoscuyosusosserecogenenlatablasiguiente:

Efecto calorífico Efecto magnético Efecto luminoso Efecto químico Aplicaciones

Calefacción,vitrocerámicas,soldadura,fusibles,etcétera.

Relés,auricularesyaltavoces,etcétera.

Iluminaciónyvisualización

Electrólisis,pilasyacumuladores

Usodeelectrocuciónensacrificiodeganado,aplicacionesenelectromedicina.

Tabla 1.5. Efectos de la electricidad.

3.2. Aislantes, conductores y semiconductores de electricidad

Alanalizarlaestructuradelamateria,sedescubrióquelosátomostienenelectronesqueestánenorbitalesgirandoalrededordelnúcleoendistintascapas.Loselectronesdelaúltimacapasonlosqueprovocanqueunmaterialseaconductor, semiconductor o aislante.

Demaneraresumida,enlaTabla1.6seindicanlascaracterísticasdeconductores,ais-lantesysemiconductores.

Fig. 1.12. Arco eléctrico entre conductores.

Fig. 1.13. Trabajos en líneas eléctricas. Según los datos facilitados por Red Eléctrica Española, la red de transporte en España, es de unos 35 000 km, contabilizando las líneas subterráneas, submarinas (unas decenas de kilómetros solamente), y las aéreas (la mayor parte).

Lared de transporte españolaeselconjuntodelíneas,parques,transformadoresyotroselementoseléctricoscontensionessuperioresoigualesa220kV,yaque-llasotrasinstalaciones,cualquieraqueseasutensión,quecumplanfuncionesdetransporte,deinterconexióninternacionaly,ensucaso,lasinterconexionesconlossistemaseléctricosespañolesinsularesyextrapeninsulares.

EnesteenlacedelapáginaWebde laOrganización Mundial de la Salud (OMS), puedes encon-trar un interesante texto sobrelos riesgos que sobre la saludtiene la exposición a camposmagnéticos.

http://www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/es/index1.html

Web

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Tipo de material Características y ejemplos

ConductoresEsfácilextraerdeellosloselectronesdesuúltimacapa(normalmentetienenunoodos),yaquenoestáncompletas.Losmetalescumplenestascondiciones.

AislantesEsdifícilextraerelectronesdesuúltimacapa(normalmentetienenocho),yaquesuelenestarcompletos,ounidosaotrosátomosmedianteenlacesfuertes.Losplásticosylamaderasonejemplosdematerialesaislantes.

Semiconductores

Alcomunicarenergía,podemosobteneralgunoselectronesdesuúltimacapa(normalmentetienencuatro)conlosqueconseguir,enciertascon-dicionesqueseproduzcaunflujodelosmismos.Elsilicioyelgermaniosonelementossemiconductores.

Tabla 1.6. Características de los materiales conductores, aislantes y semiconductores.

Unaaplicaciónconjuntadelosmaterialesconductoresydelosaislantesseobservaenloscableseléctricos.

Loscoloresdelosaislamientosdelosdistintosconductoreseléctricosestánnormaliza-dosporelReglamento Electrotécnico de Baja Tensión, aprobadoporelRealDecreto842/2002, ysedeterminanen funcióndelobjetivoque tengaelcabledentrode lainstalacióneléctrica.

Conductor

Azul claro

Color del aislamiento

Neutroo previsión de que un conductor

de fase pase posteriormente a ser neutro

Protección

Fase

Fase(con identificación de las tres fases)

Verde - amarillo

Marrón Negro Gris

Marrón o Negro

Fig. 1.14. Colores de los aislamientos de los conductores eléctricos

Demanerasimplificada,loqueseproduceenloscableseléctricosaisladosesunflujoordenadodeelectrones,comosemuestraenlaFigura1.15.

Fig. 1.15.

Aislante de plástico(no hay electrones libres)

Cable de cobre

Electrones libres

Estructura de un cable: conductor en el centro y cubierta aislante.

Importante

Se deben conservar los colores normalizadosalolargodeunainstalacióneléctrica,paraevitarconfusiones y posibles acciden-tes.

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Conayudadelasiguientepráctica,comprobaremoscómoalgunosmaterialesper-mitenelpasodelacorrienteeléctricayotrosno.ParaellomontaremoselcircuitodelaFigura1.16,yemplearemossucesivamentedistintosmaterialesparaunirlospuntosAyBdelcircuito.

+6 V2 V;0,3 A

10 V–

Adaptador para bobinas con pinzas de cocodrilo

300 mA–

0

A

V

a)

b)

Fig. 1.16. Circuito eléctrico del Caso práctico 3.

Losresultadosyconclusionessemuestranenlasiguientetabla:

Material utilizado Resultado observado

Cobre,hierro,grafito Lalámparaseenciende

Plástico,goma,vidrio Lalámparanoseenciende

Tabla 1.7.

Conclusiones:

• Algunosmaterialespermitenelpasodelacorrienteeléctrica(materiales con-ductores)yotrosno(materiales aislantes).Entreambosseencuentranlosma-teriales semiconductores,muyutilizadosenelectrónica.

• Esnecesariouncircuitocerradoparaquelalámparapuedaencenderse.

Caso Práctico 3

Unidades de medida

Puedes realizar un caso prác-tico similar al Caso Práctico 3empleandounapila,unalámpa-ra,cablesydistintosmateriales.

¡Atención!No lo hagas utilizando la ten-sión de los enchufes (230 V),puedeserpeligroso.

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4. La normalizaciónUnaspectoesencialparaquetodolorelacionadoconlaelectricidad(yotrosmuchoscampos),ysusaplicacionesrespondaaunplanteamientocomún,eseldelanormali-zación.

Lanormalizaciónincrementalaseguridadylacalidaddelosproductos,yfavoreceelintercambiointernacionaldelosmismos.

EnlaUniónEuropea,elComité Europeo de Normalización (CEN)eselorganismoen-cargadodegenerarlasnormaseuropeas(ENoEuropeanNorm),ycadapaístienesuorganismonacionaldenormalizaciónycertificación.

EnEspañaesAENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación) laquegeneralasnormasUNE(UnaNormaEspañola),queestánenarmoníaconlasnormasinternacionales.

LanormaeuropeaEN 50160eslaqueestablecelascaracterísticasdelatensiónsumi-nistradaporlasredesgeneralesdedistribución.

Estanormarequierequeelproveedorsuministre,comomínimounacalidaddelaener-gíamínimamenteadecuada.Lamayoríadelosproveedoressuperan,deformarutinariaestosrequisitosporunampliomargen,peronolosgarantizan.

Silasnecesidadesdelclientesonmásexigentes,sedebenaplicarmedidaspaliativasonegociarunacuerdoindependienteparaobtenerunamayorcalidaddelsuministro.

Noobstante,laventaja importantedeestanormaesque:

• Definelosparámetrosdetensiónimportantesparalacalidaddelaenergía.

• Determina cuantitativamente los valores, que son unpuntode referenciapara laevaluacióndelacalidaddelaenergía.

Estareadelorganismoreguladordelaenergíaeléctricaestablecerunniveldecalidadquerequieralaaplicacióndelasmejoresprácticasporpartedelsuministrador,sinqueellosignifiqueestablecerunniveltanelevadoquehagaaumentarelpreciodelaelectri-cidadparatodoslosconsumidoresavaloresexcesivos.

Estanorma tienesuequivalenteenEspañaen lanormaUNE-EN 50160,quedice losiguiente:

EnlaTabla1.8delapáginasiguiente,seindicalaestructuradelanormalización,desdeelámbitointernacionalalnacional.

«Laenergíaeléctricaesunproductoy,comocualquierotroproducto,debesatis-facerunosrequisitosdecalidadadecuados.Paraqueunequipofuncionecorrec-tamente,esprecisoqueselesuministreenergíaeléctricaaunatensiónqueestédentrodeundeterminadointervaloalrededordelvalornominal.»

Unanormaesundocumentodiseñadoparaserusadodemanerahabitualcomoguíaodefinición.

Esfrutodelconsensoyesaprobadaporunorganismoreconocidoenestecampo.Lasnormassoncreadasparaserusadasporempresas,consumidoresylosorga-nismosencargadosdenormalización.

Importante

Paramedirlacalidad en el servi-cio eléctrico, seutilizandistintosindicadores,comoson:•Tiempo de interrupción en elservicio.

•Valoresmáximosymínimosdelatensión.

•Númerodereclamacionesdelosusuarios.

Vocabulario

¿Qué significa ISO?Debido a que laOrganizaciónInternacional deNormalización(International Organization for Standardization)tendríadiferen-tesacrónimosenlosdistintoslen-guajes(«IOS»eninglés,«OIN»enfrancés.Susfundadoresdeci-dieronadoptarunnombrecortoe independiente del país. Así,escogieronel términoISO,deri-vadodelgriego isos,quesigni-fica«igual».Independientemente del país ydel lenguaje, el nombre de laorganizaciónes siempre ISO,ynoindicasiglas.

Web

PuedesconsultarlanormaUNE-EN 50160, en la páginaWebdelBOE:www.boe.es.

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Estructura de la normalización

Ámbito General Electrotécnico Telecomunicación

Nivel internacional

OrganizaciónInternacionaldeNormalizaciónhttp://www.iso.org

ComisióninternacionaldeElec-trotécnicahttp://www.iec.ch/

UniónInternacionaldeTeleco-municacioneshttp://www.itu.int

Nivel europeo

ComitéEuropeodeNormali-zaciónhttp://www.cen.eu

ComitéEuropeodeNormaliza-ciónElectrotécnicahttp://www.cenelec.eu/

InstitutoEuropeodeNormaliza-cióndelasTelecomunicacioneshttp://www.etsi.org

Nivel nacional

(España)

AsociaciónEspañoladeNormalizaciónyCertificaciónhttp://www.aenor.es

Tabla 1.8. Estructura de la normalización.

EnunautómataprogramabledelamarcaSiemens,apareceensudocumentacióntécnicalasiguienteindicación:

Marcado CE

LosproductosSIMATICS7-200cumplenlasnormasylasreglasdeproteccióndelassiguientesdirectivasdelaUniónEuropea:

• DirectivadeBajaTensióndelaComunidadEuropea73/23/CEE

• DirectivaEMCdelaComunidadEuropea(CE)89/336/CCEE

¿Aquéhacenreferenciaestasdirectivas?

Solución:

LaDirectiva73/23hacereferenciaalmarcado«CE»,queconsisteencolocarlasletrasCEdelaformaqueapareceenlaFigura1.17.

Fig. 1.17. Imagen del marcado «CE».

Caso Práctico 4

(Continúa)

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(Continuación)

EnelArtículo8delaDirectivaeuropea73/23seindicalosiguiente:«Lacoloca-cióndelmarcadoCEserá responsabilidaddel fabricanteodesu representanteautorizadoenlaComunidad.ElmarcadoCEsecolocarádeconformidadconelAnexoV».

Elmarcado«CE»deberátenerunaalturadealmenos5mm.Sielmarcadosereduceoamplía,deberánrespetarselasproporcionesindicadasenelanteriordibujograduado.

Deberácolocarseenelaparatooensuplacadecaracterísticas.Cuandonoseaposibleonoestéjustificado,debidoalanaturalezadelaparato,deberácolocarseenelenvase,encasodequeexista,yenlosdocumentosqueloacompañen.

Cuandoelaparatoestésujetoaotrasdirectivasquecubranotrosaspectosyquetambiénpreveanelmarcado«CE»,esteúltimosupondráqueelaparatotambiénseajustaaesasotrasdirectivas.

LaDirectiva 2004/108/CE, o directiva EMC (ElectromagneticCompatibilityEMC),sobreCompatibilidadElectromagnética,regulatantolainmunidadcomolaemisiónentodoelrangodefrecuencias.Dichadirectivabuscagarantizarelfuncionamien-todelmercadointeriorexigiendoquelosequiposcumplanunniveladecuadodecompatibilidadelectromagnética.

Caso Práctico 4

5. Gestión de los residuosEnesteapartadocomentaremoslasparticularidadessobrelagestiónderesiduosqueafectanalossistemaseléctricosyelectrónicos.

Laimportanciadelagestiónsostenibledelosresiduosdetodotipoesalgoquenoad-mitediscusión.Enelámbitoqueahoranosocupaapareceunnuevoconcepto:electronic wasteo e-waste(desechooresiduoelectrónico).

Tambiénseutilizaeltérmino RAEE(ResiduosdeAparatosEléctricosyElectrónicos)enladistintadocumentaciónquesobreeltemasepublica.

Debemostenerpresentequeeldesarrollotecnológicoestágenerandonuevosresiduosenunacantidadmuyelevada:ordenadorespersonales(eneltrabajoyencasa),númerodeteléfonosmóviles,etcétera.

Loselectrodomésticosseclasificanentreslíneasmediantecolores:

Línea blanca Lavadoras,lavavajillas,frigoríficos(conparticularidadestambiénensureciclado),hornosycocinas.

Línea marrón Televisores,equiposdemúsica,equiposdeDVDyvídeo.

Línea gris

Equiposinformáticosysusperiféricos(teclados,ratones,impre-soras,etc.),teléfonosmóviles.Enesteúltimocasosehanpuestoenmarchacampañasespecialesparalarecogidadeteléfonosmóviles,debidoalperiodocortodevidaquetienen(nuevosmodelos,másprestaciones),yalatoxicidaddelasbateríasdelosmismos.

Tabla 1.9. Clasificación de los electrodomésticos.

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EnlaFigura1.18semuestranalgunoscomponentespresentesenunordenadorperso-nal,cuyosresiduosdebensertratadosdemaneraespecial.

PlomoEmpleado enlas pantallas

MercurioEmpleado en displays

y en las placas

Cromo hexavalentePreviene contra la corrosión,

pero es tóxico

Fósforo y BarioUtilizados en el TRC,

ambos elementos son tóxicos

PlásticosSe integran diversos tipos

de plásticas (incluido el PVC).Los plásticas están en la carcasas,

cables, conectores, etc.

CadmioPresente en componentes

SMD, componentes IR

BerilioSe utiliza en las placas base

y en conectores.Está clasificado como peligroso

para las personas

Fig. 1.18. Algunos productos tóxicos que se utilizan para la fabricación de un ordenador.

LaDirectivadelaUniónEuropea,denominadaRoHS(Restriction of Hazardous Substan-ces)2002/95/EC: RestriccióndeUsodeAlgunasSustanciasPeligrosas,tieneporfinali-dadprevenirlageneraciónderesiduosprocedentesdeaparatoseléctricosyelectróni-cos,reduciendolapeligrosidadquesuscomponentespuedentener,asícomoregularsugestiónparamejorarlaproteccióndelmedioambiente.EnlaFigura1.19semuestraeldistintivoqueseutilizaenlosequiposquecumplenconestanormativa

LaDirectiva sobre RoHS prohíbe el uso de ciertas sustancias en los nuevos equiposeléctricosyelectrónicos.Lassustanciasprohibidassonplomo,mercurio,cadmio,cromohexavalente,bifeniloolibromado(PBB)oéteresdedifenilopolibromado(PBDE).

Ennuestroentorno,uncasoespecialeseldelaspantallasplanas,queestánsustituyen-dorápidamentealostradicionalesyvoluminosostelevisorescontubosderayoscatódi-cos.Ennomuchotiempo,millonesdetelevisoresyordenadoresconpantalladetubosiránalabasura.

Menciónespecialmereceelcasode laspilasyacumuladores (debotón,cilíndricas,etcétera),yaqueelnúmeroderesiduosdeestetipoestácreciendoengranmanera,debidoalaimplantaciónqueestánteniendodispositivoscomo:móviles,cámaras(foto-gráficas,devídeo),MP3,etc.Engeneral,estáncompuestaspormaterialesmuytóxicos:cadmio,mercurio,manganesoyníquel.Siestaspilasyacumuladores(baterías)noserecogendemaneraselectivaysereciclan,loselementostóxicospuedenllegaramez-clarseconelagua.Elprocesoderecicladodeestoscomponentesimplicaungrangasto,yaquesenecesitamuchaenergíaparaelloyprocesosderecuperacióncostosos.

Fig. 1.19. Marcado para indicar que un equipo cumple con la norma RoHS.

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Sisacaslabateríadeteléfonomóvil,¿quésímboloaparece?¿Quéindica?

Solución:

Fig. 1.20. Indicación de que el residuo se debe separar del resto de residuos.

Observarásqueapareceelsiguientesímbolo(Figura1.20)enlamismabateríaoenelpropioteléfono,oenambos,queeselqueutilizaparaindicarquecuandohayaterminadosuvidaútil,habráquellevareseresiduoauncentroenelqueseencarguendereciclarloadecuadamente.

Caso Práctico 5

Unapartadoespecialenelsectoreléctricoloocupaelreciclado de lámparas.

LaslámparasincluidasenlaRAEE(fluorescentes,ahorroydescarga)contienenpeque-ñascantidadesdemercurioquepuedesernocivoparaelmedioambiente.Ademássusdistintoscomponentes(plástico,vidrioymetal)sonreciclablesyreutilizables,mos-trándoseenlaFigura1.21elprocesoderecicladoparalámparascompactasdebajoconsumo.

Importante

El reciclaje de materiales (meta-les,vidrio,plásticos,etc.),ayudaa economizar materias primasescasasenlanaturalezaytam-bién ahorra energía. Se estáhaciendo un esfuerzo tambiénen reducir la contaminación delosprocesosproductivos.

PROCESO DE RECICLADO

Lámparas compactas de bajo consumo

Trituración

Lavado del vidrio

Polvo fluorescente Casquillos y otros

Destilación

Mercurio OtrosVidrio (limpio)

Plásticos,componentes electrónicos

y circuitos impresos

Fig. 1.21. Ejemplo del proceso de reciclado que siguen las lámparas compactas de bajo consumo.

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5.1. Consejos para ahorrar

Acontinuaciónsedanunaseriederecomendacionesquetienenporfinalidadahorrarenergía(reducirlasemisionesdeCO2),y«reducir»lafacturaeléctrica:

• Aprovecharlaluznatural.

• Instalarinterruptoresquepermitanencenderselectivamentelaslámparas.

• Sustituirlaslámparasincandescentesotradicionales,porlámparasdebajoconsumo.

• Apagarlaslucescuandonoseutilicen.

• Utilizarinterruptoreshorariosparareducirelconsumo.

• Nodejar loselectrodomésticosenstand-by,ni loscargadoresconectadosperma-nentemente,puestoquesiguenconsumiendo.

• Ladomóticaintegradaenlainstalaciónayudaaeconomizaryaumentaelniveldeconfortabilidaddelavivienda.

EnlaTabla1.10seproporcionandireccionesútilesrelacionadasconlovistoenlauni-dad.

Instituto para la Diversificación y Aho-rro de la Energía (IADE)http://www.idae.es/

ElobjetivodelIDAEeslaejecucióndecampañasdeformaciónysensibilizaciónquecontribuyanalacons-truccióndeunnuevomodeloenergéticoque,garan-tizandolacalidadylaseguridaddesuministro,pro-muevalacompetitividaddelasempresasespañolasysebaseenlasostenibilidadyrespetomedioambiental.

Museo de las Ciencias de Castilla-La Manchahttp://pagina.jccm.es/museociencias/

ElMuseodelasCienciasdeCastilla-LaMancha,situadoenCuenca,muestradiversasexposiciones,dondenospodremosacercaralahistoriadelaastrono-mía,lacronolanzadera,etc.También,contieneinteresantesdescripcionessobreelementoseléctricos.

Fundación de la Energía de la Comuni-dad de Madridhttp://www.fenercom.com

Elobjetivoprincipalesimpulsaryrealizariniciativasyprogramasdeactuaciónparainvestigar,estudiaryapoyaractuacionesdeconocimiento,desarrolloyapli-cacióndelastecnologíasenergéticas.Tambiénpersigueunamejoradelahorroylaeficienciaenergética,elfomentodelusoracionaldelaenergíay,engeneral,laóptimagestióndelosrecursosenergéti-cos.

Asociación española de Recogedores de Pilas, Acumuladores y Móviles http://www.aerpam.org/

Susobjetivosson:a) Realizaractividadesquefavorezcaneldesarrolloy

elprogresodeestasempresasylosequiposhuma-nos(empresariosytrabajadores)quelascomponen.

b) Contribuir a extender un espíritu emprendedorcaracterizado por un profundo sentido humano,social,éticoydecalidad.

Tabla 1.10. Algunas direcciones Web.

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Test de repaso

1. Estaetiquetaenunacajaindicaque:

a) Esreciclable.b) Elembalajedebeestarvertical.c) Esfrágil.

2. Elprotóntienecargaeléctrica:a) Positiva.b) Negativa.c) Neutra.

3. Laelectrotecniatratade:a) Lasaplicacionesdelaelectricidad.b) Lasaplicacionesdelaelectrónica.c) Laseguridadeléctrica.

4. Loselectronesenunátomo:a) Estánenorbitales.b) Estánenelnúcleo.c) Pasandelnúcleoalorbital.

5. Laenergíaeólica:a) Aprovechalasmareas.b) Utilizalaradiaciónsolar.c) Emplealafuerzadelviento.

6. Loscoloresdeloscablesenunainstalacióneléctrica:a) VienenreguladosenelReglamentoElectrotécnicode

BajaTensión.b) Sepuedenutilizartodos,sinrestricciones.c) Indicanlacorrientequepuedensoportarsegúnel

ReglamentoElectrotécnicodeBajaTensión.

7. Elsistemaeléctricodeunpaísestáformadoporlossub-sistemassiguientes:a) Producción,generaciónytransporte.b) Producción,transporteydistribución.c) Producción,acumulaciónydistribución.

8. LastensionesdeconsumodomésticoenEspañasonde:a) 125Vy230V.b) 220Vy380V.c) 230Vy400V.

9. Laenergíageotérmicaes:a) LageneradaenelinteriordelaTierra.b) Lageneradaporairecaliente.c) Laempleadaenlascentralesnucleares.

10. Laenergíasemideen:a) Kilowatios(kW).b) Vatios(W).c) Julios(J).

11. Loselectrodomésticosenstand-by(espera):a) Noconsumenelectricidad.b) Soloconsumencuandoestánfuncionando.c) Consumenelectricidad.

12. Unmaterialaislante:a) Tienemuchoselectroneslibres.b) Notienemuchoselectroneslibres.c) Conducebienlaelectricidad.

13. LasnormasUNE:a) Sonnormasespañolas.b) Sonnormaseuropeas.c) Sonnormasinternacionales.

14. Latensiónsemideen:a) Voltios.b) Watios.c) Amperios.

15. ElmarcadoCEindica:a) Queelproductoestá fabricadosegún lasnormas

alemanas.b) Queelproductoestá fabricadosegún lasnormas

internacionales.c) Queelproductoestáfabricadosegúnlasnormasde

laUniónEuropea.

16. Lossemiconductoresson:a) Peoresconductoresquelosaislantes.b) Mejoresconductoresquelosconductoreseléctricos.c) Mejoresconductoresquelosaislantes.

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Comprueba tu aprendizaje

Describir el sistema eléctrico y los subsistemas de generación, transporte y distribución.

1. ¿Quésonlasfuentesdeenergíaprimaria?

2. ¿Qué fuente de energía utilizan las baterías de losmóviles?

3. ¿Quéeslareddetransportedeenergíaeléctricadeunpaís?

4. ¿Esciertalasiguienteafirmación?Justificaturespuesta.

«El cuerpo humano trabaja como una centraltransformadora de energía, utilizando comocombustiblelosalimentosqueingerimos.»

5. ¿Enquécreesquevariarálareddetransportedeunacentraldegeneraciónsolarfotovoltaicadeunaeólica?

6. ¿Quéfunciónrealizauncentrodetransformación?

7. Indicalasdiferenciasentreenergíasolartérmicayfoto-voltaica.

8. ¿Quésonlasenergíasrenovables?¿Cuálesconoces?

9. ¿Quéeslageneraciónatravésdebiomasa?

10. ¿DóndeclasificaráslageneracióneléctricaatravésdeRSU(ResiduosSólidosUrbanos)?

11. ¿Quéimportanciatienelacalidadenelsuministroeléc-trico?

12. ¿Quésonlasfuentesdeenergíasecundarias?

Identificar las principales magnitudes eléctricas, y utilizar correctamente sus unidades.

13. ExpresaenkW(kilovatios),lassiguientescantidades:

a)1200W f) 50W

b)800W g)600W

c)22000W h)1MW

d) 111200W i)14600W

e) 5500W j)3300000W

14. ¿Enquéunidadsemidenlaspilasqueutilizamoshabi-tualmente?

15. Entuhabitacióntienesunalámparacon4lámparasde40W.¿Cuántoconsumensiladejasundíaencen-dida?

16. ¿Quécaracterísticasdebetenerunbuenaislante?

17. ¿Por qué las herramientas para trabajos eléctricosdebentenerlosmangosaislados?

18. Comentalasiguienteexpresión:«losmejoresaislantessonaquellosquetienenmuchoselectroneslibres.»

19. ¿Porquéseempleanlossemiconductores?

Aplicar los protocolos y normas de seguridad, calidad y respeto al medio ambiente.

20. ¿Porquénoesconvenientedejarloselectrodomésticosenmodostand-by?

21. ¿QuéesladirectivaEMCsobrecompatibilidadelectro-magnética?

22. ¿QuéaseguraelmarcadoCE?

23. ¿Porquédebemosreciclar?

24. ¿Suponeuncostereciclar?

25. LosResiduosEléctricosyElectrónicos,¿debenreciclarsedemaneraconjuntaconalgúnresiduo?

26. UnalavadoramarcadaenergéticamentecomoclaseB,¿consumemásomenosqueotramarcadacomoclaseA?

27. ¿Quéindicaestesímboloenlabateríadeunmóvil?

Pb

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Práct ica f inal

Práctica 1. Electricidad y desarrollo industrial

Desarrollo de la práctica:Trabajoenpequeñosgrupos(de4a6alumnos).Duración estimada:1sesión.Objetivos:• Promoverlaparticipacióndelosalumnossobreel

usodelaelectricidad.• Exponerlasideasdemaneaclarayrespetuosa.Materiales necesarios:Uncuestionario.Procedimiento:Seentregará un cuestionario con las siguientespre-guntas,paraqueinicialmentesetrabajenenpequeñogrupoyluegosecomentendemaneraordenadaporpartedetodalaclase.1. ¿Creesquelaelectricidadesnecesariaparaeldesa-

rrollodelasociedad?2. ¿Algunaveztehadadouncalambrazo?¿Cómofue?

¿Creesqueespeligroso?3. ¿Cómocreesquepuedescontribuiraahorrarener-

gíaentucasa?¿Yenelinstituto?4. ¿Recuerdasalgúnapagón?¿Quépasó?5. ¿Hasvisitadoalgunacentraleléctrica?¿Recuerdas

dequétipoera?6. ¿Quésonloshuertossolares?¿Hayalgunocercade

dondevives?7. ¿Quéopinióntienessobrelasenergíasrenovables?8. ¿Cómoreciclas losaparatoseléctricosyelectróni-

cos?¿Creesqueestetipoderesiduossonpeligrososparaelmedioambiente?

9. ¿Enquéconsisteeldesarrollosostenible?

Práctica 2. La factura de la electricidadDesarrollo de la práctica: Trabajoenpequeñosgrupos(2alumnos).Duración estimada:1sesión.Objetivos:• Identificardistintosconceptosqueaparecenen la

facturaeléctrica.• Interpretarlosdatosymedidasqueseincluyenen

lamisma.

Materiales necesarios:Unafacturadeelectricidadreciente.La factura la puede facilitar el profesor o la puedeaportarelalumno.Convienequelosdatosdefactu-ración (nombre, dirección, cuenta bancaria dondeserealizaelcargo,etc.)esténborradospreviamente,medianteunafotocopiaoescaneadodelamisma.

Procedimiento:Encuentralossiguientesdatosenlafacturasolicitada:

1. Periodofacturado2. Importedelafactura3. Potenciacontratada4. Energíaconsumida5. Alquilerdelosequiposdemedida6. TarifaaplicadayBOEdereferencia7. IVAaplicadoeimportedelmismo8. ¿Apareceunhistorialdeconsumo?¿Quéindica?9. ¿Seindicaelconsumomediomensual?

10. ¿Quéeselconsumoestimado?11. ¿Sabesdondeestá instaladoel contadorde tu

vivienda?¿Lohasvistoalgunavez?

Práctica 3. Centrales eléctricas

Desarrollo de la práctica:Primerafase,individual; segundafase,engrupo.Duración estimada:1sesión.Objetivos:• Buscaresquemassobrelosdistintostiposdecentra-

leseléctricas.• Interpretarlosdatosdelasmismas.Materiales necesarios:OrdenadoresconaccesoaInternet.Procedimiento:Localizaesquemasdefuncionamientodedistintostiposdecentraleseléctricas(tresalmenos).Algunasdeellaspresentan simulacionesde funcio-namientoopermitenrealizarunrecorridovirtualporellas.Unavezfinalizadoeltiempoasignadoparaestafase,comentadenlaclase,demaneraordenadayclara,elprocesoseguidoparalocalizarlainformaciónysiloencontradohaayudadoeentenderelfuncionamientodelascentraleseléctricas.

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