SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICASEGURIDAD ELÉCTRICA SEMANA 1 Principios de la electricidad Todos los derechos de autor son de la exclusiva propiedad de IACC o de los otorgantes de sus licencias. No está permitido copiar, reproducir, reeditar, descargar, publicar, emitir, difundir, poner a disposición del público ni utilizar los contenidos para fines comerciales de ninguna clase. IACC 1 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA APRENDIZAJE ESPERADO Relacionar principios básicos del fenómeno eléctrico a situaciones cotidianas. … IACC 2 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 1. ENERGÍA ELÉCTRICA ..................................................................................................................... 5 1.1 PRINCIPALES HITOS DE LA HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD ................................................... 5 1.1.1 RESUMEN HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD ................................................................... 10 1.2 CONCEPTO DE ENERGÍA Y POTENCIA .................................................................................. 11 CONCEPTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA .............................................................................................. 11 POTENCIA ELÉCTRICA ................................................................................................................ 11 1.3 CONCEPTOS BÁSICOS .......................................................................................................... 13 1.3.1 CIRCUITO ELÉCTRICO .................................................................................................... 13 1.3.2 CONDUCTOR ELÉCTRICO .............................................................................................. 14 1.3.3 CONTACTO DIRECTO E INDIRECTO ............................................................................... 15 1.3.4 CORRIENTE LÍMITE ........................................................................................................ 16 1.3.5 UMBRAL DE PERCEPCIÓN ............................................................................................. 17 1.3.6 CORRIENTE.................................................................................................................... 17 1.3.7 MASA ............................................................................................................................ 18 1.3.8 PARTE ACTIVA ............................................................................................................... 19 1.3.9 RESISTENCIA ................................................................................................................. 19 1.3.10 TENSIÓN ..................................................................................................................... 19 COMENTARIO FINAL.......................................................................................................................... 22 IACC 3 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA INTRODUCCIÓN La energía eléctrica es el corazón de la cargadores, etc.) necesitan esta energía industria moderna, la mayoría de los transformada en electricidad. Además, todos procesos funcionan con electricidad: equipos los equipos modernos y el mundo digital motrices (molinos, correas transportadoras, necesitan de la electricidad para su tornillos, bombas, etc.), enfriadores, funcionamiento. calefacción, iluminación, controladores electrónicos, herramientas, etc. También es Desde su descubrimiento el hombre ha necesaria para el funcionamiento de los buscado su utilización práctica como fuente de energía, encontrando formas de servicios básicos de los hogares, pues el agua que hasta ellos llega necesita de bombas que generarla, controlarla y hasta almacenarla. la impulsen, las que funcionan con En esta semana se estudiarán conceptos electricidad. Independientemente de la básicos de la electricidad, su origen e hitos forma de energía que se utilice para históricos que lograron desarrollar el uso generarla en la mayoría de los casos la práctico de la energía eléctrica en nuestra iluminación, calefacción, aire acondicionado vida cotidiana. y los equipos electrónicos del hogar (microondas, lavadoras, televisores, “Invertir en conocimientos produce siempre los mejores beneficios”. Benjamín Franklin IACC 4 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA 1. ENERGÍA ELÉCTRICA Entender cómo funciona la energía eléctrica o qué es la electricidad no es algo sencillo, esto porque no se la puede ver a simple vista, sino que se aprecia solo su efecto final o su utilidad práctica. Por ejemplo, se sabe que hay electricidad cuando se enciende el televisor, cuando se ve un motor en movimiento en una industria o cuando se activa un equipo de iluminación, pero no es posible ver cómo circula la corriente eléctrica por los circuitos o por los cables. Esta dificultad hace que la electricidad presente un riesgo inherente para las personas, pues el contacto del cuerpo humano con ella puede ser fatal y el no saber con exactitud si existe corriente eléctrica en una instalación cuando se requiere intervenir representa un alto riesgo de accidente. Para comprobar si existe electricidad es siempre necesario medir con instrumentos especializados. El concepto de energía se relaciona con la fuerza que estimula o genera movimiento o trabajo, en el caso de la energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica que es un movimiento de cargas eléctricas, un flujo de electrones por un conductor. Más adelante se ahondará sobre este concepto y cómo se genera o transforma. Para entender cómo se descubrió y desarrollo el uso de la energía eléctrica se debe conocer diferentes hitos históricos y científicos que estudiaron este fenómeno físico tan necesario e indispensable en el mundo moderno. 1.1 PRINCIPALES HITOS DE LA HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD No se puede determinar la fecha exacta del descubrimiento del efecto físico de la electricidad, pero sí describir ciertos fenómenos descubiertos en el tiempo y científicos que trabajaron en desarrollar la mejor forma de generar, controlar y almacenar la energía eléctrica. Recien en el año 1879 el científico e inventor estadounidense Thomas Alva Edison (1847-1931) inventó la ampolleta eléctrica, sin embargo en la Antigüedad se conocían ciertos efectos o fenómenos físicos de las cargas eléctricas. Uno de los primeros fenómenos eléctricos fue encontrado en textos egipcios antiguos alrededor del año 2.750 a. C., el cual hablaba de peces IACC 5 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA eléctricos conocidos como “atronadores del Nilo”. Estos peces se han encontrado también en textos griegos, romanos y crónicas árabes. De hecho, en algunos casos, incluso hay una mención a las descargas eléctricas de estos peces para utilizarla como una cura para los dolores de cabeza y la gota. Aproximadamente en el 600 a. C. los antiguos griegos realizaron los primeros experimentos sobre la naturaleza de la electricidad. Estos consistían en el roce de la lana, la piel y otros objetos ligeros como las plumas con el ámbar (resina de árbol fosilizada), lo que causaba un efecto de atracción entre los dos objetos; esto es lo que se llama electricidad estática. Los primeros experimentos los realizó Tales de Mileto (624-548 a. C.), considerado uno de los siete sabios de Grecia y fundador de la escuela jónica, quien probó que frotando el ámbar este atraía pequeños objetos. Por este motivo se pensaba que la electricidad residía en el objeto frotado, debido a esto, el término electricidad proviene de la Fuente: https://goo.gl/bRMZ91 voz griega elektron, cuyo significado corresponde a ámbar. En el año 1600 un físico y médico inglés William Gilbert (1544-1603) verificó el efecto de la electricidad estática con el ámbar y descubrió que otras substancias tenían la misma capacidad o producían el mismo efecto, que al ser frotadas podían atraer objetos livianos, mientras que otras no ejercían atracción alguna, aplicando el término eléctrica a este efecto o fuerza de atracción entre estas substancias y objetos. Benjamín Franklin Fuente: https://goo.gl/r4ou9N IACC 6 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA En 1752 el político, científico e inventor estadounidense Benjamín Franklin (1706 -1790) llevó a cabo el famoso experimento de la cometa (pararrayos), que le permitió demostrar que las nubes están cargadas de electricidad y que, por lo tanto, los rayos son esencialmente descargas de tipo electroestática. Este multifacético personaje investigó los fenómenos eléctricos desarrollando una teoría que explicaba que la electricidad era un fluido único existente en toda materia. Calificó a las substancias en eléctricamente positivas o negativas, de acuerdo con el exceso o defecto de ese fluido. En 1777 el físico e ingeniero francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos cargas eléctricas, y estableció la función que liga esta fuerza con la distancia. Con este invento Coulomb pudo determinar el principio que rige la interacción entre las cargas eléctricas, actualmente conocido como ley de Coulomb. Luigi Galvani (1737-1798) médico y físico italiano, por su parte, investigó los efectos de la electricidad en los nervios y músculos de los animales y descubrió los efectos de esta sobre la acción fisiológica en los seres vivos. Esto lo logró, primero, accidentalmente viendo cómo las patas de una rana se contraían, al tocarlas con un objeto cargado de electricidad. Fuente: https://goo.gl/uEQijo Alessandro Volta (1745-1827), físico italiano, gracias a su interés por la electricidad en el año 1775 inventó un artefacto conocido como electróforo, empleado para generar electricidad estática. Y luego de años de investigación el 20 de marzo de 1800 presentó el invento que sería conocido como la pila eléctrica o pila voltaica, cuyo principio es el de sumergir dos metales diferentes, cobre y zinc, en ácido sulfúrico para generar electricidad. También inventó el electrómetro y el eudiómetro. Gracias a sus trabajos en electricidad, la unidad de voltaje lleva su nombre (voltio, V). En el año 1819 el físico y químico danés Hans Christian Ørsted (1777-1851) descubre junto con André-Marie Ampère (1775-1836), el fenómeno que se produce al ubicar una brújula cercana a un IACC 7 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA cable conductor conectado a una pila y que es que la aguja queda en un ángulo recto (90°), detallando el círculo invisible que se formaba alrededor del hilo conductor, demostrando así la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor. A este fenómeno se le llama la acción magnética de las corrientes eléctricas. Un científico importante en el desarrollo del uso práctico industrial y doméstico de la energía eléctrica fue el británico Michael Faraday (1791-1867), uno de los físicos más destacados e importantes del siglo XIX. Cuando era solo un niño tuvo que empezar a trabajar, primero como repartidor de periódicos, y a los catorce años en una librería, donde tuvo la oportunidad de leer algunos artículos científicos que lo impulsaron a realizar sus primeros experimentos. Faraday logró desarrollar el primer motor eléctrico gracias a los estudios y experimentos Fuente: https://goo.gl/rrfxke previos realizados por Hans Christian Ørsted, un importante invento ya que hasta hoy en día es utilizado en todos los procesos industriales conocidos y en variados equipos electrónicos y electrodomésticos. Además, trabajó con Charles Wheatstone (1791-1867) e investigó sobre fenómenos de inducción electromagnética. En dichas investigaciones pudo observar, en el año 1831, que un imán en movimiento a través de una bobina induce en ella una corriente eléctrica, lo cual le permitió describir matemáticamente la ley que rige la producción de electricidad por un imán. Este importantísimo descubrimiento permitió desarrollar en el tiempo la generación de energía eléctrica. En 1827 el físico y matemático francés André-Marie Ampère, conocido por sus importantes aportaciones al estudio de la corriente eléctrica y el magnetismo, logra describir las fuerzas ejercidas sobre dos conductores, que al momento de ser atravesados por una corriente eléctrica y si el sentido de esta es el mismo en ambos conductores, estos se atraen y, cuando es distinta, estos se repelen, logrando describir la relación entre la fuerza de la corriente y el campo magnético que se genera. El científico alemán George Simon Ohm (1789-1854) en el año 1827 formuló la ley que lleva su nombre, y que explica la relación entre la diferencia de potencial o voltaje con la intensidad de corriente eléctrica y la resistencia eléctrica U = I * R o V = I * R. Más adelante se ahondará en esta ley con ejercicios prácticos. IACC 8 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA Considerado como uno de los mayores inventores de todos los tiempos, Thomas Alva Edison (1847- 1931) ideó invenciones que se tradujeron en una importante contribución al desarrollo de la Revolución Industrial en su país. Un importante invento lo realizó en 1879 cuando ya varios laboratorios habían patentado sus lámparas, sin embargo el problema era encontrar un material capaz de mantenerse encendido por largo tiempo. Después de varios intentos con diversos materiales encontró el filamento de bambú con el que logró que la lámpara se mantuviera Patente y lámpara de Thomas Edison Fuente: https://goo.gl/pHLEac encendida. Además, creó el telégrafo moderno, el fonógrafo, un sistema generador de electricidad, un aparato para grabar sonidos y un proyector de películas; también construyó el primer ferrocarril eléctrico. En el año 1880 en Godalming, Londres, comienzan los trabajos para poner en operación el alternador de corriente alterna Siemens y una dínamo que recibía la energía de una noria instalada en el molino Westbrook a orillas del río Wey para proveer de electricidad a la población. Por su parte, en nuestro país se comienza utilizar la electricidad por primera vez en 1851. En la ciudad de Valparaíso se empleó como sistema de alimentación para los telégrafos que comunicaban con Santiago. Pero no es hasta el año 1883 que se toma la decisión de proveer de iluminación eléctrica a la Plaza de Armas de la capital, lo que comenzó a proliferar en varias ciudades, gracias a capitales nacionales y extranjeros interesados en los proyectos. Volviendo a Europa, Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926), destacado científico de origen holandés, funda en el año 1894 el Laboratorio Criogénico de Leiden, donde comienza a estudiar los efectos del frío extremo en gases y metales. En el año 1908 da un primer paso importante al licuar helio a baja temperatura, pero no es hasta el año 1911 cuando descubre la casi total ausencia de resistencia a la electricidad de algunos elementos (mercurio y plomo), en temperaturas cercanas al cero absoluto, lo cual sería conocido como el fenómeno de superconductividad. Otro importante inventor relacionado con el desarrollo actual del uso de la energía eléctrica y cómo se transporta y distribuye fue Nikola Tesla (1856-1943), físico estadounidense de origen serbio a quien se le conoce por los muchos inventos relacionados con el electromagnetismo desarrollados a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. IACC 9 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA Desarrolla el motor de inducción de corriente trifásica, gracias a los estudios de John Hopkinson (1849-1898), en el cual tres corrientes alternas y desfasadas entre sí pueden ser trasladadas de manera más sencilla que una corriente alterna normal. Hoy en día este tipo motor es el más usado en la industria por su gran eficiencia y facilidad para controlar su velocidad a través del control de su frecuencia. Tesla primero trabajo con Thomas A. Edison, en ese entonces partidario de la corriente eléctrica continua, mientras que Tesla era partidario de la corriente alterna, motivo por el cual dejó el trabajo con Edison y luego se asoció con George Westinghouse, quien compró las patentes de su motor y de un transformador que facilitaba la distribución de este tipo de corriente hacia los usuarios finales. Gracias a sus inventos y estudios creo una base técnica que hoy en día se utiliza en el transporte y distribución de la energía eléctrica y el uso del motor de corriente alterna en la industria. 1.1.1 RESUMEN HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD IACC 10 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA 1.2 CONCEPTO DE ENERGÍA Y POTENCIA Cuando se habla de electricidad es importante diferenciar conceptos de potencia y energía, ya que usualmente se escucha o lee en placas características de electrodomésticos, equipos industriales, iluminación, etc., datos que indican la potencia en watt, dato importante para saber qué nivel de corriente consume, sus protecciones eléctricas y la cantidad de energía que consumirá. Energía eléctrica El concepto universal de energía es la capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. En el caso de la energía eléctrica es la capacidad de mover cargas eléctricas por un material conductor. La unidad que mide la energía eléctrica es el KWh, y usualmente se aprecia esta unidad en las cuentas de energía eléctrica, donde se cobra un valor por energía base en KWh. Este es el producto de la potencia eléctrica medida en (KW) por el tiempo en horas (h) en que se utiliza esa potencia. Potencia eléctrica El concepto universal de potencia es el trabajo o transferencia de energía realizada en una unidad de tiempo. En el caso de potencia eléctrica es la velocidad o rapidez con que se consume la energía eléctrica y se mide en (W) o en (KW). Esta unidad se la puede ver cuando se diferencia IACC 11 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA equipos de iluminación que funcionan a cierta potencia (10W, 40W, 60W, 100W), esto indica a qué velocidad consumirá energía. La potencia se puede calcular multiplicando el voltaje (V) por la intensidad de corriente (I) y el resultado se expresa en watt. Con su fórmula I = P/V se puede calcular la corriente del artefacto eléctrico o la corriente total de la casa, donde I es la intensidad de corriente que se requiere calcular, P la potencia del artefacto eléctrico y V el voltaje aplicado. Teniendo la potencia que normalmente viene en los artefactos o la ampolleta y el voltaje de línea que ingresa a la casa, se puede saber cuál es la corriente que circula en un circuito eléctrico. Una vez obtenida la corriente del circuito, y utilizando la ley de Ohm, se podrá calcular la resistencia del artefacto o aparato eléctrico. Para comprender de mejor forma la diferencia de energía y potencia eléctrica a continuación se revisarán ejemplos prácticos. EJEMPLO 1 POTENCIA Y ENERGÍA Se tiene dos ampolletas: una es de 60 W (a) y la segunda de 100W (b). Ambas están encendidas 5 horas al día. ¿Cuánta energía consume cada ampolleta en un día y durante un mes? Solución: Primero está la ampolleta de 60W, que consume energía a una velocidad de 60W por hora. Potencia ampolleta (a) = 60W. Energía por día = 60W * 5h = 300Wh. Si se considera 30 días por mes, 300Wh * 30 = 9000Wh = 9KWh por mes. La segunda ampolleta de 100W consume energía a una velocidad de 100W por hora. Potencia ampolleta (b) = 100W. Energía por día = 100W * 5h = 500Wh. Si se considera 30 días por mes, 500Wh * 30 = 15000Wh = 15KWh por mes. Como se puede apreciar en el ejemplo, la cantidad de energía que consume un artefacto eléctrico depende de su potencia o velocidad con que consume la energía y el tiempo que se utilice el artefacto. En el primer ejemplo ambas ampolletas están encendidas la misma cantidad de tiempo pero la segunda ampolleta consume la energía a una velocidad mayor, por este motivo consume una mayor energía diaria y mensual. IACC 12 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA EJEMPLO 2 Se tiene dos ampolletas: una es de 60 W (a) y la segunda de 100W (b). La primera está encendida 10 horas al día y la segunda 6 horas al día. ¿Cuánta energía consume cada ampolleta en un día y durante un mes? y ¿cuál consume mayor cantidad de energía mientras permanecen encendidas? Solución: Primero está la ampolleta de 60W, que consume energía a una velocidad de 60W por hora. Potencia ampolleta (a) = 60W. Energía por día = 60W * 10h = 600Wh. Si se considera, 30 días por mes 600Wh * 30 = 18000Wh = 18KWh por mes. La segunda ampolleta de 100W consume energía a una velocidad de 100W por hora. Potencia ampolleta (b) = 100W. Energía por día = 100W * 6h = 600Wh. Si se considera 30 días por mes, 600Wh * 30 = 18000Wh = 18KWh por mes Durante el tiempo en que permanecen encendidas, ambas ampolletas consumen la misma cantidad de energía. En el segundo ejemplo ambas consumen la misma energía diaria y mensual, a pesar de que tienen diferente potencia (velocidad a que consumen la energía). Esto porque el tiempo en que consumen la energía también es diferente. 1.3 CONCEPTOS BÁSICOS Dentro del concepto de energía eléctrica y circuitos eléctricos hay muchos conceptos que se necesitan conocer para comprender cómo funciona, se genera y controla la electricidad. 1.3.1 CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico consta por lo menos de 4 partes: una fuente de fuerza electromotriz, conductores, una carga y un medio de control (Gussow, 1985). IACC 13 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA La fuente de energía, de poder o alimentación es la que genera la energía eléctrica y produce una diferencia de potencial o voltaje para producir el flujo de electrones por el conductor o conductores, los que pueden ser una batería, paneles solares, una dínamo o un alternador. El conductor puede ser un cable de material metálico o alambre que se conecta a través del circuito y logra conducir la corriente eléctrica hasta la carga. La carga es un dispositivo que consume energía eléctrica, la que puede ser una ampolleta, un motor, una radio o un televisor. Y finalmente el elemento de control, que puede Fuente: https://goo.gl/eyC7Kf ser un interruptor, sensor, potenciómetro, resistencias variables, etc. En la imagen se puede observar las partes de un circuito, y se aprecia la presencia de otro elemento, un fusible, dispositivo de protección del circuito. Este elemento, al igual que el interruptor, se puede determinar como un elemento de control. Un circuito en instalaciones eléctricas domiciliarias es un conjunto de elementos constituidos por fuente de alimentación, conductores, dispositivos de maniobra o control (interruptores), canalizaciones (ductos metálicos, PVC), cajas de distribución y centros de enchufes y receptores o equipos de consumo, ya sea centros de alumbrado o equipos electrodomésticos por donde circula una corriente eléctrica cuando estos se conectan o encienden en el caso de una lámpara. 1.3.2 CONDUCTOR ELÉCTRICO Es el elemento de una instalación eléctrica, domiciliaria o industrial por donde circula la corriente eléctrica. La electricidad es un flujo de electrones, por este motivo para poder ser conducida con facilidad necesita de medios materiales que tengan mínima resistencia a la circulación de electrones (el oro, la plata, el cobre y el aluminio tienen esta característica). Hay elementos que presentan mejor conductividad que otros, por razones de costos el cobre es el elemento más utilizado hoy en día, aunque también es muy utilizado el aluminio en tendidos aéreos de redes de distribución de energía eléctrica. PARTES DE UN CONDUCTOR ELÉCTRICO Los conductores eléctricos están formados principalmente por 3 partes: Alma conductora: es la parte conductora, donde circula la corriente eléctrica. Puede ser de cobre, aluminio, plata, oro o alguna aleación, pero los materiales usualmente usados son el cobre y aluminio. IACC 14 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA Aislante: la segunda parte que compone al conductor eléctrico es el aislante, un elemento que tiene la característica de impedir la circulación de corriente eléctrica o una alta resistencia a la circulación de esta. Cumple una función importantísima en la seguridad de las personas cuando manipulan equipos, instalaciones domésticas e industriales, evitando que la energía eléctrica que circula por el conductor entre en contacto con las personas, con objetos, ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación. Además, esta parte del conductor eléctrico debe evitar el contacto de las partes conductoras con otros conductores de distinto voltaje para evitar posibles cortocircuitos. Entre los principales materiales empleados como aislamiento se destacan el plástico, el PVC, el polietileno o PE, el caucho y la goma. Esta parte envuelve al alma conductora para que la corriente no salga fuera de la misma. Cubierta protectora: permite proteger mecánicamente a la parte conductora o alma y a la parte aislante de daños físicos y/o químicos como el calor, la lluvia, el frío, raspaduras, golpes, etc. El material que generalmente es empleado para construir la cubierta es el nailon (nylon en inglés). Algunos conductores no tienen está cubierta y el propio aislante cumple esta función de cubierta protectora. Partes de un conductor Fuente: https://goo.gl/FzYQDg 1.3.3 CONTACTO DIRECTO E INDIRECTO Uno de los peligros de la electricidad es el contacto con el cuerpo humano. En este caso la corriente eléctrica circula por el cuerpo humano, como si fuera parte del circuito, comportándose como una carga. Las consecuencias del paso de la corriente por el cuerpo pueden ir desde lesiones físicas secundarias o efectos físicos indirectos (golpes, caídas, etc.) hasta la muerte por fibrilación ventricular (efecto físico directo). En el cuerpo humano, al ser parte del circuito, entra la corriente eléctrica por un punto y sale por otro. El daño va a depender de varios factores y uno de los más importantes es la intensidad de la corriente que va a circular por el cuerpo humano. Por este motivo es necesario conocer los tipos de contacto que existen y las intensidades de corriente mínima que soporta el cuerpo humano. IACC 15 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA Contacto directo Se da cuando se produce un contacto físico de las personas con partes energizadas o activas de un circuito eléctrico. Este contacto puede ocurrir en un tablero o instalación defectuosa (por ejemplo, cables sin aislación o por falta de mantenimiento). Este contacto puede tener graves consecuencias para la persona, ya que circulará mucha corriente por el cuerpo humano. Contacto indirecto Se produce cuando la persona toma contacto con personas o masas (carcasa o estructura metálica) puestas accidentalmente bajo tensión, cuando un conductor de fase se deteriora o corta y queda tocando esta estructura. Contacto directo Contacto indirecto Fuente: ACHS (s. f., p. 14) Fuente: ACHS (s. f., p. 15) 1.3.4 CORRIENTE LÍMITE Es la máxima intensidad soportada por un individuo sin soltarse a voluntad del electrodo que sujeta con sus manos. El valor máximo en corriente alterna es de 10 mA, es decir, si una persona se expone a una corriente mayor a este valor, le provocará agarrotamiento muscular y no podrá soltar el electrodo. En cuanto a la corriente continua, es difícil establecer un umbral de no soltar, ya que solo el comienzo y la interrupción del paso de la corriente provocan el dolor y las contracciones musculares. IACC 16 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA 1.3.5 UMBRAL DE PERCEPCIÓN Es la intensidad de corriente que puede soportar una persona cuando sujeta un electrodo con tensión en las manos. Solamente percibe cierto cosquilleo, sin sensaciones desagradables, daño físico ni dolor muscular. La sensación de paso de la corriente se percibe durante todo el tiempo en el caso de le corriente alterna y en corriente continua solo se percibe cuando varía la intensidad, por ello son fundamentales el inicio y la interrupción de paso de la corriente. Para reforzar estos conceptos con información técnica relevante, en específico conceptos de umbrales y niveles de corriente peligrosos para el cuerpo humano, revisar el siguiente documento: https://goo.gl/3HZaUy 1.3.6 CORRIENTE Los electrones libres son cargas que se pueden poner en movimiento, aplicando una tensión o voltaje. Si en los extremos de un conductor, ya sea de cobre o aluminio, se aplica una fuente de poder (por ejemplo, con una batería), la diferencia de potencial produce un flujo de electrones desde un extremo del cable al otro. La intensidad de este flujo se mide en amperes (A), su símbolo es I y existe corriente continua y corriente alterna. Corriente continua También llamada corriente directa, se caracteriza porque fluye independiente de su intensidad en una sola dirección, esto sucede en fuentes de alimentación que mantienen una polarización fija en su voltaje o tensión de salida. Por ejemplo las pilas, baterías, las dínamos y paneles solares generan corriente continua, estas fuentes pueden variar el nivel de voltaje o tensión pero no su polaridad. La figura a continuación muestra la forma de onda de una señal de voltaje en corriente continua en el tiempo. IACC 17 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA Fuente: https://goo.gl/qwN7Qm Corriente alterna Este tipo de corriente tiene la característica de alternar la polaridad de la fuente de forma periódica, es decir, invierte de forma periódica el sentido o dirección de la corriente eléctrica. Esta alternancia la realiza con cierta frecuencia, por ejemplo la corriente eléctrica que llega a nuestras casas es de tipo alterna, y el cambio de polaridad la realiza cada 10ms, es decir a una frecuencia de 50Hz. Además de cambiar la polaridad en el tiempo, también cambia el valor o nivel de tensión y corriente. Las fuentes que generan este tipo de corriente son, por ejemplo, alternadores de las centrales eléctricas. La siguiente imagen muestra una señal de voltaje en el tiempo en corriente alterna. Fuente: https://goo.gl/wfcQJe 1.3.7 MASA Es el conjunto de las partes metálicas de una instalación o aparato eléctrico que en condiciones normales están sin tensión. Por ejemplo, la carcasa de un motor o la estructura de un poste de alumbrado. Por eso la importancia de aterrizar (que esté conectado a una tierra de protección) todas las estructuras metálicas de equipos y de una instalación, para evitar los golpes de corriente y accidentes que son comunes cuando no se cumple con la normativa eléctrica. Este punto es IACC 18 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA importante, ya que este concepto está relacionado al contacto indirecto y cómo se evita este riesgo de contacto con la electricidad. 1.3.8 PARTE ACTIVA Es el conjunto de conductores y piezas conductoras que se encuentran bajo tensión permanente, barras, disyuntores, interruptores, enchufes, conductores, etc. Este concepto está relacionado con el de contacto directo. Para reconocer los riesgos que existen en las instalaciones eléctricas y sus medidas de control es fundamental conocer los conceptos y principios básicos de la electricidad. 1.3.9 RESISTENCIA Es una propiedad que tiene la particularidad de oponerse al flujo de la corriente eléctrica. En un circuito se le llama resistores, su unidad de medida es el ohm, su símbolo Ω. Un ohm se define como la cantidad de resistencia que limita la circulación de corriente eléctrica por un conductor a un ampere (1 A), con una tensión aplicada de un volt (1 V). Más adelante se explicará con más detalle la relación voltaje, corriente y resistencia con la ley de Ohm. Los equipos o aparatos electrónicos que se conectan a la energía eléctrica, como electrodomésticos, calefactores e iluminación se comportan como cargas que consumen energía en el circuito. Ello implica que estos se comportan como resistencias en el circuito, o como cargas resistivas, ya que la potencia eléctrica de los equipos eléctricos tiene directa relación con la resistencia eléctrica. 1.3.10 TENSIÓN Una carga eléctrica tiene la capacidad de realizar un trabajo, ya que puede mover otras cargas por repulsión o atracción; a esto se le llama potencial. Cuando se tiene una diferencia de tensión entre dos puntos o polos se produce la circulación de corriente eléctrica si existe un conductor que los vincula; es decir, las baterías, pilas u otra fuente de energía eléctrica tienen la capacidad de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos. Su unidad de medida es el volt o voltio y su símbolo es V, por esta razón también se la suele llamar voltaje. IACC 19 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA En baja tensión se utiliza el volt (V), por ejemplo 220V es la tensión que se usa en los hogares, mientras que 380V se utiliza en la industria, y ya cuando se hace referencia a distribución y transmisión de energía eléctrica se habla kilovolt (KV), cuya unidad equivale a 1000 volts. EJEMPLO 3 Reconocer conceptos básicos. En una instalación domiciliaria se disponen paneles solares para obtener energía eléctrica. La instalación incluye tres equipos de iluminación con sus respectivos interruptores de encendido. Además la casa tiene un refrigerador, un microondas y un televisor. Todos los equipos y enchufes están conectados por cables de cobre de 1,5 mm. Identifique las partes del circuito en la instalación descrita y los conceptos y magnitudes eléctricas que se pueden asociar. La segunda ampolleta de 100W, consume energía a una velocidad de 100W por hora. Solución: Potencia ampolleta 2 = 100W. Energía por día = 100W * 6h = 600Wh. Parte del Concepto Magnitudes Equipo o elemento Si consideramos circuito 30 días Relacionado por mes 600Wh * 30 Relacionados= 18000Wh = 18KWh por mes Generador Diferenciaconsumen Ambas ampolletas de la Voltaje, tensión de energía. misma cantidad Paneles solares. Mantienen la diferencia o fuente potencial (volt) de potencial en el circuito. Conductor Corriente eléctrica Intensidad de Cables. Conducen la corriente eléctrica y contacto directo corriente (ampere) y, si están en mal estado y pierden su aislación, pueden provocar contacto directo con las personas. Medio de Corriente eléctrica Intensidad de Interruptores. Controlan el paso de la control y contacto directo corriente (ampere) corriente eléctrica y, si están en mal estado, pueden provocar contacto directo con las personas. Carga Potencia, energía Potencia (watt), Equipos de iluminación, refrigerador, eléctrica, energía eléctrica microondas y televisor. Consumen la resistencia, masa y (KWh), resistencia energía eléctrica a cierta potencia y contacto indirecto (ohm) y intensidad resistencia a la corriente eléctrica. de corriente Además, si un cable suelto toca la masa (ampere) del refrigerador (parte metálica) puede provocar contacto indirecto. IACC 20 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA Es muy importante relacionar los conceptos y partes de un circuito eléctrico con los tipos de contacto, para poder identificar las estrategias de seguridad y prevención de los riesgos eléctricos. Partes de un circuito eléctrico Generador o fuente Protecciones Canalizaciones eléctricas Protege a los conductores de Conductor Circuito Medios de Protege a todas las partes del control agentes físicos y a eléctrico circuito y a las las personas de personas en contactos directos posibles contactos directos e indirectos Carga IACC 21 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA COMENTARIO FINAL Esta semana se entregaron conocimientos básicos acerca de la electricidad, se comprendió la importancia de los hitos históricos y los científicos más importantes en el estudio de la electricidad y su relevancia en el mundo actual. Además, se identificaron las partes que componen un circuito, y se comenzó a señalar algunos tipos de contactos y las consecuencias físicas que provoca la corriente eléctrica en el cuerpo humano. Estos conocimientos son fundamentales para reconocer los riesgos eléctricos y adentrarse en conceptos más profundos de la seguridad eléctrica, tanto en instalaciones eléctricas domiciliarias como industriales, y por supuesto en la vida cotidiana. Pero esto es solo el comienzo, en la segunda parte de la unidad se profundizará estos conceptos básicos relacionándolos en una ley básica de la electricidad: la ley de Ohm, y se revisarán los diferentes fenómenos que generan la electricidad. IACC 22 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA REFERENCIAS Asociación Chilena de Seguridad (ACHS) (s. f.). Prevención de riesgos eléctricos. Recuperado de: http://www.achs.cl/portal/Comunidad/Documents/2_Manual_de_Riesgos_Electricos.pdf Gussow, M. (1985). Fundamentos de la electricidad. 1.ª edición. México: McGraw-Hill. PARA REFERENCIAR ESTE DOCUMENTO, CONSIDERE: IACC (2018). Energía eléctrica. Seguridad Eléctrica. Semana 1. IACC 23 SEMANA 1 – SEGURIDAD ELÉCTRICA IACC 24