INSTAL·LACIONS DE DISTRIBUCIÓ I CONSUM D'ENERGIA

Instal·lacions elèctriques

L'energia elèctrica és molt utilitzada, però comporta perills greus com incendis i electrocucions, llavors totes les instal·lacions han de complir uns mínims de seguretat o normes d'obligat compliment a fi de garantir la seguretat de les persones, des seus béns i el bon funcionament de la instal·lació. Aquestes normes estan recollides en el Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (RBT) i en les seves Instruccions Complementàries (MIE-BT).

S'entén per instal·lació elèctrica de baixa tensió el conjunt d'aparells i circuits associats amb una finalitat de produir, convertir, transformar, transmetre, distribuir o utilitzar l'energia elèctrica amb tensions nominals V < 1000 V en CA i V < 1500 V en CC.

Les instal·lacions de baixa tensió les classifiquem:

• Instal·lacions domèstiques (interior dels edificis).

• Instal·lacions industrials (edificis o locals dedicats a la fabricació de productes.

• Instal·lacions singulars (destinades a activitats i edificis amb tractament especial).

La instal·lació d'enllaç és l'encarregada d'unir la instal·lació interior de l'abonat amb la xarxa de distribució pública.

La instal·lació d'enllaç

Està formada per:

• L'escomesa o presa general. És la part de la instal·lació entre la xarxa de distribució i la caixa general de protecció.

• La caixa general de protecció. És la caixa que allotja els elements de protecció, fusibles. Es troba a l'exterior de l'edifici.

• La línia repartidora. Uneix la caixa general de protecció amb la centralització de comptadors de l'edifici.

• La centralització de comptadors. És el conjunt de comptadors, elements de protecció i connexió de les derivacions individuals, alimentats per una línia repartidora.

• La derivació individual. És la línia elèctrica que uneix l'equip de comptatge amb aparells del quadre de comandament i protecció de la instal·lació interior.

Els comptadors són els aparells destinats a mesurar l'energia elèctrica consumida per l'abonat.

Instal·lació d'enllaç entre la xarxa i la instal·lació interior

Caixa de comandament i protecció

de la instal·lació interior

Derivacions individuals

Connexió de les

derivacions individuals

Comptadors

N N N N

Fusibles

Línia repartidora

Born de connexió a terra

Caixa general de protecció

Xarxa de distribució Escomesa

Presa de terra

La instal·lació interior

Està formada pel quadre de comandament i protecció, circuits d'alimentació i pel circuit de connexió a terra.

Instal·lacions domèstiques

El quadre de comandament i protecció allotja els principals elements de seguretat, protecció i maniobra de la instal·lació interior. Està format:

• Un interruptor de control de potència màxima (ICPM). És l'interruptor la instal·lació, és un magnetotèrmic que té la funció de limitar la potència contractada.

• Interruptor diferencial (ID). D'alta sensibilitat. Aparell encarregat de protegir les persones . Las seva funció és detectar els corrents de fuita.

• Petits interruptors automàtics (PIA). Són magnetotèrmics que protegeixen de sobrecàrregues i curtcircuits a cada part de la instal·lació interior.

El born de terra, és el punt de la connexió de la xarxa de protecció interior que uneix les carcasses metàl·liques dels receptors a través del conductor de protecció la derivació individual, amb la presa de terra de l'edifici.

El nombre mínim de circuits depèn de la superfícies de l'habitatge i potència a contractar, que determina el grau d'electrificació de l'habitatge.

Instal·lacions industrials

Són més complexes i necessiten més potència i varietat de receptors.

Han de complir unes condicions severes de funcionament i requeriment d'una fiabilitat més gran.

La instal·lació és més seccionada. Normalment s'instal·la una quadre general de protecció-distribucició i maniobra, del qual parteixen diferents línies trifàsiques i monofàsiques. Cada línia alimenta un subquadre del qual parteixen noves línies que alimenten directament un receptor o el quadre de maniobra i comandament d'una màquina determinada.

La seva complexitat requereix una coordinació. Les línies són formades per conductor canalitzats en tubs aïllats, rígids o metàl·lics.

Sistema de calefacció elèctrica

Els receptors elèctrics estan formats per resistències i es fonamenten en l'efecte Joule, que explica l'energia necessària per vèncer la resistència que oposa el circuit elèctric al pas del corrent es transforma en calor.

La transferència de calor pot ser per conducció, convecció i radiació. És important que l'edifici estigui aïllat tèrmicament, per a que no s'escapi la calor.

Els sistemes poden ser individuals, quan el generador de calor és únic per a tot l'habitatge, o unitaris si utilitzen aparells de generació i regulació independents per a cada habitació.

En funció de tipus d'aparell, es classifiquen en sistemes de calefacció directa, per acumulació i mixt.

Calefacció directa

La producció de calor i la seva transferència al recinte que s'ha de calefactar és simultània. Els aparells més utilitzats són:

• Convectors: Formats per una resistència a la part inferior que escalfa l'aire i provoca corrents de convecció al recinte. Poden ser de circulació natural o forçada amb un ventilador. I una part que és el termòstat, controla la temperatura.

• Cables calefactors: Són resistències elèctriques en forma de fil i cobertes per unes capes protectores.

Les plaques calefactores són resistències col·locades entre dues làmines no conductores que serveixen de suport.

La calefacció radiant consisteix en la instal·lació d'un element calefactor integrat en el sostre o el terra, que actua com una resistència a baixa temperatura. Els principals avantatges són que la radiació emesa incideix sobre els cossos sòlids i eleva la temperatura uns 2 ºC respecte l'ambient, el repartiment de temperatura és uniforme, etc.

Aire calent Aire fred que baixa

Resistència elèctrica Aire calent que puja

Aire fred

Convectors Corrents de convecció

Calefacció per acumulació

És adequat per al tarificació nocturna. Consisteix en acumular la calor durant el període nocturn, i durant el dia cedir la calor acumulada. Els aparells més utilitzats són:

• Acumuladors estàtics. L'aire circula per convecció natural per l'interior de l'aparell. La quantitat d'aire es controla per una comporta.

• Acumuladors dinàmics. Disposen d'una turbina que força la circulació a contracorrent de l'aire a través dels elements d'acumulació. La turbina es pot regular, el ser funcionament.

Sistema mixt

És la combinació del sistema d'acumulació que actua com a base i el sistema directe que actua com a suport.

El sistema base es carrega durant la nit, comandat pel termòstat ambiental del recinte, el sistema directe es connecta si les aportacions dels sistema base són insuficients per mantenir les condicions de confort fixades per l'usuari.

Sistemes de tarificació de l'energia elèctrica

Les tarifes elèctriques es classifiquen segons la tensió que tenim contractada, i poden ser tarifes de baixa tensió (tensions no superiors a 1000 V) i tarifes d'alta tensió (tensions superiors als 1000 V).

Les tarifes elèctriques consten de la tarifa bàsica i dels complements de la tarifa:

• La tarifa bàsica. Esta formada pel terme de potència que està en funció de la potència contractada i es paga una quantitat fixa per cada kW contractat (242 pts/kW), i el terme d'energia que representa l'energia consumida i mesurada pel comptador. La unitat és el kW/h. El que es pagarà, dependrà de l'energia consumida (13,765 pts).

• Complements de tarifa. Són recàrrecs o descomptes que s'apliquen sobre la tarifa bàsica. Els complements són:

- complements per discriminació horària. És redueix el preu quan sobra energia (54 % es redueix i es paguen 6,4 pts i en horari normal es paga de més un 2 % unes 14,1 pts.).

- complement per interrupció. S'aplica a tarifes d'alta tensió i consisteix a no consumir una determinada energia durant certes hores del dia.

- complement per estacionalitat. És un recàrrec o bonificació segons l'època de l'any en subministraments especials.

- complement per energia reactiva. És un recàrrec o bonificació percentual que s'aplica a la tarifa bàsica, per compensar o per evitar el consum d'energia reactiva que pot tenir una determinada instal·lació elèctrica de CA a causa del factor potència, cos φ, de la càrrega.

El factor de potència ve determinat pel tipus de receptors connectats a la xarxa que desfasen el corrent de la càrrega respecte de la tensió. La majoria de receptors són de tipus òhmic, formats per resistències, o de tipus òhmic inductiu, formats per bobines. Com més inductiva és la càrrega, més gran és el desfasament φ. Aquest desfasament fa que a les instal·lacions es consumeixi, a més de l'energia activa (Wa), energia reactiva (Wr).

Per aconseguir una determinada energia activa, o un treball, com més inductiu sigui el circuit, més energia reactiva consumeix, i més gran ha de ser la intensitat subministrada, per tant, més grans seran les pèrdues per efecte Joule a la xarxa de transport i distribució.

A les companyies subministradores els interessa que el factor de potència del subministrament sigui el més elevat possible. Es penalitzen els factor de potència baixos (cos φ < 0,9) i es bonifiquen els alts (cos φ > 0,9).

Instal·lacions de gas

Gas butà

S'utilitza en el sector domèstic com a combustible per a cuines, estufes, etc. El subministrament es realitza amb bombones.

Els elements característics d'una instal·lació de gas butà són:

• Bombona. Recipient d'acer que emmagatzema es gas a pressió en estat líquid.

• Regulador de pressió. Subministra el combustible a baixa pressió i a una pressió constant.

• Canonades. S'encarreguen de conduir el gas fins als aparells de consum.

• Clau de pas. La seva funció és obrir o tancar el pas del gas a la instal·lació.

Gas natural

És el gas més utilitzat com a combustible. Els subministraments a habitatges i al sector de serveis es fan a través de la xarxa de baixa pressió o de la de mitjana pressió mentre que la d'alta s'utilitza pels subministraments industrials de gran consum.

La instal·lació interna la formen les canonades de conducció del gas, normalment de coure, amb les corresponents claus de pas.

Instal·lació de gas amb comptadors centralitzats

Claus de pas Presa de pressió

antiretorn Regulador de pressió

Limitador de cabal

Escomesa

Centralització de comptadors Instal·lació interna

Xarxa de distribució

Cremadors

És el conjunt de mecanismes que permeten barrejar el combustible i el comburent per produir la combustió amb unes determinades característiques.

Les funcions del cremador són:

• Permetre la regulació dels cabals d'aire i gas.

• Assegurar la barreja del combustible i el comburent amb les proporcions convenients.

• Realitzar la combustió en forma de flama, amb les dimensions i propietats fisicoquímiques apropiades a l'aplicació.

• Mantenir l'estabilitat de la flama

El tipus de combustió pot ser:

• Estequiomètrica. (cremadors per a obtenir calor).

• Oxidant. (l'oxitall, per tallar planxes d'acer).

• Reductora. (forn de ceràmica).

Els cremadors que funcionen amb diferents gasos s'anomenen mutigas i els que funcionen amb diferents combustibles s'anomenen mixtos. Si el gas i l'altre combustible es cremen al mateix temps és de marxa simultània, en cas contrari és de marxa alternativa.

El tipus de cremadors més utilitzats per a l'ús domèstic són les atmosfèrics de flama blava, ja que l'aire s'agafa de l'ambient i es barreja amb el gas abans de fer la combustió. De cremadors industrials els més utilitzats són pressuritzats, ja que l'aire de la combustió és impulsat a través d'una turbina i crea elevades pressions a la cambra.

Aparells de gas

Són dispositius que aprofiten la calor generada en la combustió, per a la seva utilització en diverses activitats i processos (cocció d'aliments, producció d'aigua calenta, calefacció, etc.). Tot aparell ha de complir unes normes i ha d'estar homologat, i tots han de disposar d'un dispositiu de seguretat per a extinció de flames en els seus cremadors, que impedeix la sortida de gas sense cremar.

En funció de les característiques de combustió els aparells es classifiquen en:

• Aparells de circuit obert. Agafen l'aire necessari per a la combustió dels gas de l'atmosfera del local on estan instal·lats.

• Aparells de gas de circuit estanc. El circuit de combustió no té comunicació amb l'atmosfera del local en què estan instal·lats (radiadors, calderes, etc.).

Sistemes d'aprofitament d'energia solar de baixa temperatura

Efecte hivernacle

Consisteix en col·locar un “parany” a la radiació infraroja que emet l'objecte escalfat, de manera que quedi retinguda dins l'espai tancat on és l'objecte, i augmenta la temperatura. L'efecte s'aconsegueix tancant l'espai amb un vidre.

Esquema de l'efecte hivernacle

Radiació rebuda Vidre

Radiació Superfície receptora Superfície receptora

perduda

Un cos es pot comportar de 3 maneres davant una determinada radiació: transparent, reflectant i absorbent.

El vidre es un material transparent a la radiació solar, mentre que es comporta com un cos opac que reflecteix la radiació infraroja emesa per la superfície de l'objecte escalfat. D'aquesta manera es capta més energia de la que s'emet cap a l'exterior, i augment així la temperatura de l'espai i en conseqüència de l'objecte.

Sistemes d'aprofitament

Els aprofitaments es poden classificar en sistemes actius i sistemes passius.

Sistemes passius. Arquitectura bioclimàtica

En els sistemes passiu la captació de l'energia solar, l'emmagatzematge o acumulació i la distribució de l'energia tèrmica es realitza de manera natural, sense la intervenció de cap element mecànic. Són el fonament de l'arquitectura bioclimàtica. Cal tenir en compte factors com ara l'orientació, la forma i la situació de l'edifici, la capacitat i la inèrcia tèrmica dels materials que es construït, la distribució de les obertures i el grau d'aïllament tèrmic.

L'arquitectura bioclimàtica busca l'obtenció del confort en els habitatges mitjançant la millor disposició d'un conjunt d'elements arquitectònics que permetin l'aprofitament màxim de l'energia solar rebuda i de les possibilitats de ventilació natural. Els seus principis es fonamenten en la utilització i disposició de materials de característiques adequades, que formen part inseparables de l'estructura de l'edifici.

Els elements bàsics en l'arquitectura bioclimàtica són:

• Vidrieres. Capten l'energia solar i retenen la calor per l'efecte hivernacle.

• Massa tèrmica. La finalitat és emmagatzemar la calor.

• Elements de protecció. Aïllaments, persianes, volades, teulades, etc.

• Reflectors. Superfícies adequades per produir increments de radiació a l'hivern.

• Sistemes de guany directe

Una finestra orientada al sud és un sistema de captació solar. La radiació penetra per l'obertura, travessa l'ambient i és absorbida per la massa tèrmica interior, on s'emmagatzema en forma de calor. La reemissió de la calor es realitza amb un determinat retard i esmorteïment, de manera que es produeixi a la nit i compensi les pèrdues existents en aquestes hores.

Raigs incidents

Radiació

reflectida

Vidre

Radiació tèrmica

Pèrdues per

conducció

• Sistemes de guany indirecte

Una massa acumuladora absorbeix i emmagatzema la calor de la radiació solar durant el dia i la transmet cap a l'habitatge unes hores mes tard.

Els sistema més conegut, és la paret o mur Trombe, que consisteix a construir un mur massís i fosc sobre la façana sud, darrere d'una paret vidrada. A la banda posterior del mur hi ha l'espai habitat. La duració de transmissió d'energia a través del mur depèn principalment del seu gruix. Per facilitar l'efecte calefactor si fan unes obertures a la part superior i inferior del mur que comuniquen amb l'habitatge, de manera que l'aire circuli. Per evitar sobreescalfaments durant l'estiu, es disposa d'una obertura en el mur nord i se n'obre una altra a la part superior de la vidriera. D'aquesta manera es crea corrent d'aire de refrigeració que circula gràcies a l'efecte xemeneia, que s'origina en l'espai situat entre el vidre i el mur.

Un altre sistema és la paret de bidons o per qualssevol tipus de contenidor de metall, que l'aigua s'escalfa més ràpidament, però es gela més ràpidament.

Un altre sistema és la teulada d'aigua, que consisteix en coixins plens d'aigua (negres) a d'alt de la teulada.

• Sistema de guany mixt

Combinació dels dos anteriors.

• Sistemes de guany aïllat

Utilitza una superfície d'absorció no integrada pròpiament a la vivenda per acceptar les radiacions i acumular-la i després per convecció natural la calor és transmesa a l'interior de l'habitatge.

Sistemes actius

Es basen en la captació de l'energia solar amb un conjunt de col·lectors plans i la seva transferència a un sistema d'emmagatzematge que abasta el consum quan és necessari.

Els sistemes actius utilitzen l'energia solar per escalfar un fluid com l'aigua o l'aire.

• Subsistema de captació. Està format bàsicament pels captadors o col·lectors solars i la resta d'elements que enllacen amb l'emmagatzematge.

• Subsistema d'emmagatzematge. Actua d'intermediari entre la captació i el consum. Atès que en moments determinats hi ha molta demanda d'energia ha de haver un sistema per emmagatzemar l'energia per a tenir-la quan es desitgi (un dipòsit d'aigua aïllat).

• Subsistema de consum. Està format per les canonades i altres elements que enllacen l'emmagatzematge amb els diferents punts de demanda, dutxes, aixetes, etc. si es tracta d'aigua calenta sanitària; o bé radiadors i terra tèrmic, en cas de calefacció.

Les instal·lacions poden estar dissenyades per funcionar en:

• Circuit obert o sistema directe. L'aigua circula pels col·lectors és utilitzada directament per al consum.. Les seves aigües poden originar incrustacions o corrosions.

• Circuit tancat o sistema amb intercanviador. Consta de 2 circuits. El primari conté l'aigua amb els additius contra la corrosió. El secundari és el de consum que rep l'energia del sistema primari en l'intercanviador.

Tots dos sistemes poden ser de circulació natural (el dipòsit s'ha de col·locar a més alçada que el captador ja que l'aigua circula per convecció natural) o de circulació forçada (l'aigua és impulsada per una bomba).

Circuit obert amb circulació natural Circuit tancat amb circulació forçada

És convenient que totes les instal·lacions disposin de:

• Un vas d'expansió, per compensar les variacions de volum que experimenta l'aigua a causa dels canvis de temperatura.

• Una vàlvula de seguretat, per assegurar la sortida del vapor originat en el col·lector per un possible sobreescalfament.

• Purgadors, col·loquen en els punts més alts del circuit per treure els gasos continguts a les canonades.

Col·lector o captador

És l'encarregat de captar l'energia de la radiació solar i transferir-la al fluid que s'ha d'escalfar. El seu funcionament es basa en l'efecte hivernacle.

El tipus més usual és el col·lector solar pla (temp. 60ºC), hi ha tipus com els cilíndrics parabòlics i els plans que utilitzen el buit com a medi aïllant (t. 120 ºC).

Els col·lectors plans s'han de col·locar orientats al sud, i la seva inclinació respecte dels raigs del sol ha de ser perpendicular.

Els principals elements d'un captador solar pla són:

• La placa absorbent. És l'element que absorbeix la radiació solar i la cedeix en forma de calor al fluid que circula per l'interior. Formada per tubs per on circula el fluid i una superfície metàl·lica de captació, amb un tractament selectiu per aconseguir la màxima absorció de la radiació solar i el mínim d'emissió d'energia a l'exterior.

• La coberta transparent. Redueix les pèrdues, protegeix la placa absorbent i crea l'efecte hivernacles. El material sol ser el vidre, en alguns casos el plàstic.

• L'aïllament tèrmica. Redueix les pèrdues de calor a través del fons i parets laterals del captador. El material sol ser llana i el vidre, el poliestirè expandit i l'escuma de poliuretà.

• La caixa contenidora. S'hi allotgen tots els elements del col·lector. Dona rigidesa i estanquitat al conjunt. El material sol ser l'acer i també el plàstic.

Procés d'aprofitament de la radiació solar en un captador

Aplicacions de l'energia solar tèrmica

Obtenció d'aigua calenta sanitària (ACS)

És la més estesa i comercialitzada. Existeixen instal·lacions de circuit tancat o obert. Són instal·lacions molt senzilles del tipus “kit de muntatge”, formades per un sol bloc que inclou el sistema de captació i el d'acumulació amb tots els elements necessaris per al seu funcionament. Els preus són competitius per la seva fabricació en sèrie.

Instal·lacions de calefacció

Les necessitats tèrmiques es poden satisfer amb una instal·lació d'energia solar tèrmica. En els captadors plans s'obtenen temperatures d'uns 50 ºC. En els sistemes convencionals, la temperatura normal de funcionament és de 80 ºC, en aquestes condicions, el rendiment dels captadors es pràcticament nul. La instal·lació de calefacció pressuposa disposar d'espai per situar els col·lectors, i un grau d'aïllament tèrmic de l'habitatge.

També existeix la possibilitat d'obtenir energia tèrmica a través de captadors d'aire.

Altres aplicacions

Algunes de les aplicacions característiques són:

• L'escalfament de piscines. Són de captadors plans a base de cautxú i no necessita dipòsit d'acumulador (massa de l'aigua de l'aigua fa la funció).

• Plantes dessalinitzadores d'aigua marina. Consta d'un recipient de color fosc i aïllat cobert per un vidre a 45º respecte a l'horitzontal. El Sol evapora l'aigua i es recull a la part inferior del vidre.

• Assecadors solars. Es fa circular de manera forçada l'aire calent, obtingut a través d'un col·lector solar d'aire.

Procediments d'estalvi energètic

La majoria d'experts creuen que es factible el creixement econòmic continuat, si s'utilitzen els recursos de manera eficaç, racional i equilibrada. És evident que les administracions poden aplicar mesures i incentius, però la voluntat per part dels usuaris és definitiva.

Consells pràctics per estalviar energia a casa

Calefacció i climatització

• Disminuir les pèrdues de calor, reforçant els aïllaments tèrmics.

• Fer un bon manteniment dels aparells calefactors.

• Ajustar el nivell de calor subministrada.

• Triar instal·lacions d'alt rendiment.

• A l'hivern baixar les persianes durant la nit.

Il·luminació

• Aprofitar la natural

• Utilitzar làmpades de baix consum.

• No deixar del llum encès.

Frigorífics i congeladors

• Escollir electrodomèstics de baix consum.

• Situar-los lluny de les ones de calor.

• Triar la nevera, en funció de les necessitats.

• Durant les vacances desconnectar-lo.

Cuina

• No obrir la porta del forn en funcionament.

• Reduir el foc, quan l'olla bull.

• Microones en lloc de forn.

Rentar

• Utilitzar la rentadora a plena càrrega.

• Rentar roba a temperatura baixa.

• Rentar els plats a mà.

Bany

• Ús racional de l'aigua.

• Per la dutxa o el bany, el termòstat a 40 ºC.

83

Radiació tèrmica transmesa

Reflexió del vidre

Absorció del

vidre

Radiació solar Reflexió

transmesa

Absorció

Fluid termoconductor

De la calor

Aïllament Conducció

B

Raigs Captador

solars

Filtre

Piscina

Boia Aigua de la xarxa Aigua calen ta

Dipòsit

d'alimentació

Aigua Captador Captador

calenta

Aigua de

la xarxa

Dipòsit d'emmagatzematge Dipòsit amb

tèrmic intercanviador

B B

Radiació incident Radiació

reflectida

Aire calent

Guanys per

conducció

Aire fred

Hivern Estiu

Aire Sortida

calent d'aire calent

Radiació incident

Radiació Guanys per

reflectida conducció

Paret Paret Aire fred

Aire fred

Cos transparent Cos reflectant Cos negre (absorbent)

Xarxa de terres