2. Instal·lacions i manteniment de l'habitatge
Instal·lacions i manteniment de l'habitatge
Els habitatges contenen diferents tipus d'instal·lacions per oferir unes condicions mínimes d'habitabilitat, però també de comoditat, higiene i seguretat. Les instal·lacions més usuals són:
Instal·lacions elèctriques
Instal·lacions de gas
Instal·lacions d'aigua
Instal·lacions de climatització
Instal·lacions de comunicació
Instal·lacions domòtiques
En el Classroom de la matèria podeu accedir a la presentació interactiva (llibre digital) d'aquesta unitat
Magnituds elèctriques
En anteriors cursos has estat estudiant els conceptes bàsics de l'electricitat: els circuits elèctrics a 1r d'ESO i les principals magnituds elèctriques (llei d'Ohm) a 2n d'ESO. Ara a 4t, tenint en compte els conceptes ja apresos, treballaràs sobre les instal·laciosn elèctriques en els habitatges.
Si vols pots repassar els conceptes dels cursos anteriors en els enllaços als sites que tens en el paràgraf de dalt, a continuació tens un petit resum dels conceptes que ja has treballat:
El corrent elèctric és el flux o moviment d'electrons o càrregues elèctriques (Q), normalment a través d'un cable o qualsevol altre material conductor.
Les principals magnituds elèctriques són: Voltatge (V), Intensitat (I) i Resistència (Ω):
Voltatge, tensió o diferència de potencial (V). És el treball o energia (E) necessària per traslladar una unitat de càrrega elèctrica (Q) d’un punt a un altre d’un circuit elèctric. La pila és l'encarregada de proporcionar aquesta energia o diferència de potencial entre els seus dos pols (positiu i negatiu). La unitat del voltatge és el volt (V) i es mesura utilitzant un voltímetre.
Intensitat (I). És la quantitat d'electricitat (Q) que es desplaça per un conductor en la unitat de temps (t). La unitat d'intensitat elèctrica és l'ampere (A) i es mesura emprant un amperímetre.
Resistència. És la dificultat que presenta un material al pas del corrent elèctric. Es representa per la lletra R i la seva unitat és l'ohm (Ω)
La llei d'Ohm estableix la relació matemàtica que hi ha entre la intensitat de corrent elèctric (I) que circula per un conductor, la seva resistència (R) i la diferència de potencial existent (V), de manera que s'estableix l’expressió següent:
Per tal d'interioritzar més bé aquests conceptes pots consultar els següents recursos:
El següent vídeo i/o el simulador que comparen el circuit hidràulic amb l'elèctric:
Analogia entre un circuit elèctric i un circuit hidràulic:
L'energia potencial a causa de l'alçada de l'aigua és el mateix que la diferència de potencial elèctric (V) que genera una pila.
El cabal d'aigua que circula per un conducte és equivalent a la intensitat (I) de corrent elèctric.
La resistència elèctrica (Ω) té a veure amb la dificultat que tenen els electrons per circular per un circuit; igual que l'amplada de la canonada influirà en la dificultat o facilitat que tindrà l'aigua per circular.
A banda de la llei d'Ohm hi ha altres magnituds que són necessàries saber quan parlem d'instal·lacions elèctriques: la potència elèctrica i l'energia elèctrica.
Potència elèctrica (P). És la quantitat de treball o energia elèctrica (E) desenvolupada per un dispositiu o sistema elèctric en un temps (t) determinat. La seva unitat és el watt (W); també són força comuns els seus múltiples kW i MW.
Aquesta magnitud s’utilitza per descriure o seleccionar qualsevol aparell elèctric (normalment trobem la informació en una placa o etiqueta). A la pràctica serà molt important conèixer la rapidesa o ritme amb què es pot transmetre un treball o una energia. Per exemple: la potència d'un automòbil (rapidesa en què pot arribar a accelerar), potència d'una bombeta (quantitat de llum que pot arribar a fer en un temps determinat), etc. Es representa amb la fórmula següent:
En un circuit elèctric, la potència també la podem calcular com el producte de la tensió o voltatge per la intensitat de corrent. Podem deduir la fórmula a partir del que hem après fins ara:
Energia elèctrica (E). L'energia és la capacitat que tenen els cossos o dispositius per fer un treball. La seva unitat és el joule (J), tot i que en termes elèctrics és més habitual expressar-la en Wh o kWh, com en els comptadors elèctrics. Es representa amb la fórmula següent:
Despesa o cost elèctric (€). És el cost en euros (€) pel fet d'haver consumit una quantitat d'energia elèctrica i depèn del preu de l'energia elèctrica (Penergia) que determina la companyia
Exemples de problemes sobre potència i energia elèctrica:
Exemple 1:
Calcula la potència elèctrica d'una bombeta alimentada a un voltatge de 230 volts (V) i pel qual passa una intensitat de corrent de 3 amperes (A). Calcula, també, l'energia elèctrica consumida (treball efectuat) per la bombeta si ha estat encesa durant 2 hores.
P = V · I → P = 230 · 3 = 690 W = 0,69 kW
E = P · t → E = 0,69 · 2 = 1,38 kW.h
Exemple 2:
Calcula la potència elèctrica d'una bombeta alimentada a un voltatge de 230 V i que té una resistència elèctrica de 10 ohms (Ω). Calcula, també, l'energia elèctrica consumida per la bombeta si ha estat encesa durant 4 hores.
I = V / R = 230/10 → I = 23 A
P = V · I → P = 230 · 23 = 5290 W = 5,29 kW
E = P ·t → E = 5,29·4 = 21,16 kW·h
Exemple 3:
Calcula la potència elèctrica del motor d’un ventilador pel qual passa una intensitat de 4 A i que té una resistència de 100 ohms. Calcula l'energia elèctrica consumida pel motor si està funcionant 20 minuts cada dia durant 4 dies a la setmana.
Primer calculem el voltatge:
V = I · R → V = 4 · 100 = 400 volts
Ara podem trobar la potència:
P = V · I→ P = 400 · 4 = 1600 W = 1,6 kW
Passem els 20 minuts a hores per saber els kWh. Utilitzem factors de conversió:
En una setmana haurà estat en funcionament:
Hores funcionament setmana = 0,33 hores/dia · 4 dies= 1,33 h
Ara sí podem calcular l’energia consumida:
E = P ·t → E = 1,6 * 1,33 = 2,13 kW.h
Exemple 4:
De l’exemple anterior, calcula ara la despesa energètica en € si el preu de l’energia elèctrica és de Penergia= 0,21€/kWh.
La despesa o cost energètic serà:
Despesa (€) = Penergia · Energia consumida:
Instal·lacions elèctriques d'interior d'habitatges
En les instal·lacions elèctriques d'interior el corrent que arriba no prové d'una pila, sinó d'un alternador provinent d'alguna central elèctrica. El corrent és altern i no continu.
La instal·lació interior d'un habitatge inclou cadascun dels circuits que parteixen del quadre general de comandament i protecció (CGMP), els quals recorren cadascuna de les estances de l'habitatge.
Les instal·lacions interiors dels habitatges estan alimentades per una xarxa de corrent altern de 230 V (volts)
Els habitatges tenen diferents graus d'electrificació, això vol dir la potència elèctrica que s'assigna a un habitatge i determina la quantitat d'aparells electrodomèstics que podrem utilitzar, podem distingir:
Electrificació bàsica: La instal·lació interior disposa de 5 circuits independents, com a mínim, i una potència instal·lada de mínima de 5750 W i màxim de 7360 W
Electrificació elevada: La instal·lació interior disposa de 6 circuits independents, com a mínim, i una potència instal·lada de mínima de 9200 W i màxim de 14 490W
Proteccions de la instal·lació elèctrica
En el quadre general de comandament i protecció (QGMP) s'allotgen les proteccions de la instal·lació elèctrica, de la qual sortiran cadascun dels circuits independents.
El QGMP consta de com a mínim aquests dispositius: ICP, IGA, ID i PIA
Interruptor de control de potència (ICP): És un interruptor magnetotèrmic i per tant protegeix de sobrecàrregues (excés d'aparells connectats) i de curtcircuits (avaries degut a una sobreintensitat). La seva funció és controlar la potència màxima que es subministra a l'habitatge. El posa la companyia elèctrica en funció de la potència contractada.
Interrruptor general automàtic (IGA): És un interruptor magnetotèrmic i per tant protegeix de sobrecàrregues (excés d'aparells connectats) i de curtcircuits (avaries a causa d’una sobreintensitat). La seva funció és protegir tots els circuits de la instal·lació i s'instal·la quan es construeix l'habitatge Es pot donar el cas que l'IGA sigui més gran o igual que el ICP.
Interruptor diferencial (ID): Aquest interruptor és l'únic que no és un magnetotèrmic, la seva funció és la de la protecció contra contactes indirectes (tocar un aparell que estigui en tensió) i per tant protegeix a les persones.
Petit interruptor automàtic (PIA): És un interruptor magnetotèrmic i per tant protegeix de sobrecàrregues (excés d'aparells connectats) i de curtcircuits (avaries a causa d’una sobreintensitat). El seu valor depèn del circuit que estigui protegint. N'hi ha tants com circuits tingui la instal·lació
Exemples de problemes sobre càlculs de ICP, PIA
Exemple 1:
Disposem d'un ICPM de 20A i volem connectar una potència elèctrica de 4000 W a casa nostra, amb aquest interruptor en farem prou o haurem d'instal·lar-ne algun altre?
Els ICP disponibles són: 16 A, 20 A, 25 A, 32 A i 40A.
Podem resoldre el problema de dues maneres:
Calculant quina potència pot aguantar un ICP de 20A:
Sabem que P= V· I i que el voltatge (si no ens diu al contrari) sempre és de V= 230 V:
P= 230 · 20 = 4 600W
Per tant, si el ICP aguanta 4 600W de potència NO caldrà que el canviem.
Una altra manera de fer-ho és calcular la intensitat que circularà si fem servir 4000 W de potència.
I= P/I = 4000/ 230 = 17,39 A
Per tant, si el nostre ICP és de 20 A NO caldrà que el canviem.
Exemple 2:
Tenim connectades dues estufes elèctriques en els endolls generals de casa. Cada estufa té una potència elèctrica de 2200 W. El PIA aguantarà aquesta potència o acabarà "saltant"?
El PIA que protegeix el circuit dels endolls generals d'un habitatge és de 16A (circuit 2):
Podem resoldre el problema de dues maneres:
Calculant quina potència pot aguantar un PIA de 16A:
Sabem que P= V· I i que el voltatge (si no ens diu al contrari) sempre és de V= 230 V:
P= 230 · 16 = 3 680 W
La potència total que consumeixen les estufes és: P = 2200 · 2 = 4 400 W
Per tant, si el PIA guanta 3 680W de potència i el consum de les estufes és de 4 400W, el PIA NO aguantarà aquesta potència i acabarà "saltant".
Una altra manera de fer-ho és calcular la intensitat que circularà si fem servir tota la potència connectada:
Potència total de les estufes= 2200 · 2 = 4 400 W
Intensitat que circularà:
I= P/I = 4400/ 230 = 19,13 A
Per tant, si el nostre PIA és de 16 A NO aguantarà aquesta potència i acabarà "saltant".
Conductors elèctrics
Els conductors elèctrics són els elements que faciliten el transport de l'energia entre el generador i els receptors.
Els conductors, anomenats cables, estan compostos per l'anima del conductor (la part metàl·lica conductora) i l'aïllament.
Ànima del cable: Composta per un sol fil o diversos que poden ser rígids o flexibles. Normalment coure o alumini.
Aïllament: És la part que protegeix l'interior del cable. Els materials plàstics utilitzats normalment són: PVC (policlorur de vinil), PE (polietilè) i XPLE (polietilè reticulat).
A les instal·lacions dels habitatges, l'energia elèctrica arriba a través del corrent altern. Aquest és transportat per 2 conductors: el fase i el neutre que vindrien a ser el positiu i el negatiu en el corrent continu. Hi ha un tercer conductor, el presa de terra, aquest no transporta corrent sinó que serveix de protecció.
Els tres conductors solen anar protegits tots ells per tubs o canals que van encastats a la paret o per la superfície enganxats per abraçaderes.
El circuit de connexió a terra és el circuit de la instal·lació elèctrica que té la funció de protegir les persones dels contactes indirectes amb l’electricitat, i ho fa derivant cap a terra les fuites de corrent que es produeixin a les masses metàl·liques a través dels conductors de protecció (amb recobriment verd–groc); per això es connecten a les preses de terra dels endolls i dels receptors que en tinguin, ja que aquests conductors estan enllaçats amb la presa de terra general de l’edifici a través del born de protecció de la caixa general de protecció i del conductor de protecció de la instal·lació d’enllaç.
La presa de terra és el punt de connexió de la instal·lació elèctrica interior i els elements de protecció amb la presa de terra de l’edifici. Aquest punt uneix les carcasses metàl·liques dels receptors (rentadora, forn elèctric, etc.) amb la presa de terra de l’edifici mitjançant el conductor de protecció amb aïllament groc-verd.
Per saber-ne més sobre el manteniment de les instal·lacions d'edificis pots consultar la següent web de la diputació de Barcelona, trobaràs recomanacions i simbologia elèctrica:
Altres informacions d'interès:
Els dos mercats elèctrics: lliure i regulat