Potencia Eléctrica (página 2)

movimiento de los electrones en un conductor como una serie de movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra alguna de las partículas fijas del conductor.

Los electrones ganan energía cinética durante las trayectorias libres entre choques, y ceden a las partículas fijas, en cada choque, la misma cantidad de energía que habían ganado.  La energía adquirida por las partículas fijas (que son fijas solo en el sentido de que su posición media no cambia) aumenta la amplitud de su vibración o sea, se convierte en calor. Para deducir la cantidad de calor desarrollada en un conductor por unidad de tiempo, hallaremos primero la expresión general de la potencia suministrada a una parte cualquiera de un circuito eléctrico. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste experimenta un aumento de temperatura.  Este efecto se denomina “efecto Joule”. Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de Joule.

Supongamos, como en un calentador eléctrico, que todo el trabajo realizado por la energía eléctrica es transformado en calor.  Si el calentador funciona con un voltaje V y un intensidad I durante un tiempo t, el trabajo realizado es :

W=VIt

y como cada J equivale a 0,24 cal, la cantidad de calor obtenido será :

Q=0.24 VIt

V debe medirse en volts, I en amperes y t en segundos, para que el resultado esté expresado en calorías.

La ley de Joule enuncia que :

" El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente " .

Ejemplo.

Un fabricante de un calentador eléctrico portátil por inmersión, de 110V garantiza que si el calentador se sumerge en un recipiente lleno de agua ésta hervirá y en un minuto estará listo para hacer té.  Calcule la potencia de salida del calentador.  Que corriente fluirá por él?.  Cual su resistencia ?

Suponga que el recipiente contiene 200 cm³ o sea 0.200kg de agua.  Si la temperatura del agua disponible en el casa es de 10°C la diferencia de temperatura para que hierva será pT=90K.  El suministro de energía calorífica que debe darse al agua está dado por :

donde c es la capacidad calorífica del agua expresada en joules y no kilocalorías.  Como esta energía calorífica se transfiere al agua en un tiempo pt, la potencia de salida del calentador es :

Solución

El flujo de corriente por el calentador se puede determinar por la ecuación P=Vi. Así tenemos:

 Mediante la ley de Ohm calculamos la resistencia , que es :

POTENCIA ELECTRICA

La energía eléctrica We que suministra un generador al circuito eléctrico depende de la cantidad de carga que lo atraviese. Dado que la fuerza electromotriz de un generador representa la energía que suministra al circuito por cada unidad de carga que lo atraviesa, se podrá escribir:

es decir:

Pero de acuerdo con la definición de intensidad eléctrica, la carga eléctrica q se puede escribir como el producto de la intensidad por el tiempo (10 · 1); luego la energía eléctrica suministrada por el generador al circuito en un tiempo t vendrá dada por la expresión:

 

La potencia P de un generador representa la energía eléctrica que cede al circuito por unidad de tiempo, es decir:

Combinando las anteriores ecuaciones resulta para P la expresión:

 

Al igual que la potencia mecánica, la potencia eléctrica se expresa en watts (W).

Efectos caloríficos de la corriente eléctrica. Ley de Joule El calentamiento de los conductores por el paso de la corriente eléctrica fue uno de los primeros efectos observados por los científicos estudiosos de los fenómenos eléctricos, sin embargo, habría de pasar algún tiempo antes de que se conociera la magnitud de tal efecto calorífico y los factores de los que depende. J. P. Joule (1818-1889) se interesó desde joven en la medida de temperaturas de motores eléctricos, lo que le permitió hacia 1840 encontrar la ley que rige la producción de calor por el paso de una corriente eléctrica a través de un conductor.La ley de Joule establece que la cantidad de calor producida es directamente proporcional a la resistencia R del conductor, al cuadrado de la intensidad de corriente I que lo atraviesa y al tiempo t. Es decir:

Q = I2 · R · t (10.8)

El efecto calorífico, también llamado efecto Joule, puede ser explicado a partir del mecanismo de conducción de los electrones en un metal. La energía disipada en los choques internos aumenta la agitación térmica del material, lo que da lugar a un aumento de la temperatura y a la consiguiente producción del calor. La ley de Joule, por su parte, puede ser enfocada como una consecuencia de la interpretación energética de la ley de Ohm. Si I · R representa la energía disipada por cada unidad de carga, la energía total que se disipa en el conductor en forma de calor, cuando haya sido atravesado por una carga q, será:

Q = q · I · R

Pero dado que q = I · t, se tiene finalmente:

Q = I2 · R · t

que es precisamente la ley de Joule.

La potencia calorífica representa el calor producido en un conductor en la unidad de tiempo. Su expresión se deduce a partir de la ley de Joule en la forma:

 

Puesto que el calor es una forma de energía, se expresa en joules (J) y la potencia calorífica en watts (W).

Cuando se combinan las ecuaciones (10.9) y (10.3) resulta otra expresión para la potencia eléctrica consumida en un conductor:

P = IR · I = I · V (10.10)

 Fuerza electromotriz y diferencia de potencial

La noción de fuerza electromotriz de un generador como energía que comunica el circuito por cada unidad de carga que lo atraviesa, está referida a un generador ideal o puro. En tal caso toda la energía que produce el generador la cede íntegramente al circuito, por lo cual la fuerza electromotriz e coincide exactamente con la diferencia de potencial V constante que mantiene entre sus bornes:

 

En realidad, una pila, una batería o un alternador son en sí mismos elementos conductores que forman parte del circuito por donde pasa la corriente y en mayor o menor medida oponen, como tales, una cierta resistencia al movimiento de las cargas.

Ello significa que el generador, al formar parte del circuito, se calienta y disipa, por tanto, una cierta cantidad de calor. La idea de balance de energía a la que equivale la interpretación de la ley de Ohm en términos energéticos puede entonces extenderse al caso de un generador con el propósito de encontrar la relación entre e y V en esta nueva situación. Aplicando la conservación de la energía por unidad de carga a los extremos del generador, se tiene:

que en forma de símbolos resulta ser:

Esta ecuación se conoce como ley de Ohm generalizada a un generador y permite determinar la diferencia de potencial que es capaz de mantener entre sus bornes un generador real, esto es, con resistencia interna r no despreciable.

 

FORMULAS

valores barman en función del tiempo de exposición:

Tiempo <150ms no existe peligro para corrientes menores de 300mA.

Tiempo >150ms no hay riesgo para corrientes inferiores a 30mA.

La corriente de baja tensión mata por fibrilación cardiaca, mientras que la de alta tensión lo hace por destrucción de órganos o por asfixia.

Energía eléctrica: Efectos sobre el organismo

producto de los valores de la tensión existente en sus extremos multiplicado por la intensidad de la corriente que lo recorre. La unidad empleada para su representación es el vatio ( o alguno de sus múltiplos) y se representa por la letra P. Siendo un vatio la potencia que corresponde a un circuito eléctrico en cuyos extremos existe una diferencia de potencial (tensión) de un voltio y es recorrido por una corriente de un amperio de intensidad.(estando tensión y corriente en fase).

Tensión eléctrica, es la diferencia del nivel eléctrico existente entre dos puntos de un circuito eléctrico, también es conocida por diferencia de potencial, y correspondería a un concepto equivalente al de la diferencia de alturas que existiría en un salto hidráulico.

La unidad de tensión eléctrica es el voltio. Se representa por la letra U, siendo también empleados frecuentemente múltiplos de esta unidad.

Intensidad eléctrica, es la cantidad de electricidad que recorre un circuito por unidad de tiempo, en un circuito hidráulico se correspondería con el concepto denominado gasto.

La unidad de corriente eléctrica es el amperio. Se representa por la letra A, empleándose frecuentemente múltiplos de esta unidad.

En un circuito de corriente alterna puramente resistivo, las magnitudes tensión y corriente están en fase es decir ambas pasan por sus estados máximos o mínimos simultáneamente. En un circuito de corriente alterna común, las magnitudes corriente y tensión no están en fase debido a las componentes inductivas y capacitabas de los diferentes elementos que componen los circuitos en la práctica.

El factor de potencia, o coseno de phi, es una función del desfase de la intensidad en relación a la tensión. Su valor puede oscilar entre 0 y 1. En un circuito puramente resistivo la tensión y la intensidad se encuentran en fase y el valor de la magnitud en este caso es igual a la unidad. En un circuito en el que existan inductancias y o condensadores, se producirá un desfase entre la tensión y la intensidad, adelantándose o retrasándose ésta respecto de la otra. Este desfase lo definirá el factor de potencia y oscilará como se ha dicho antes, entre 0 y 1. En un circuito puramente resistivo la tensión y la intensidad están en fase.

La existencia de inductancia, (importante por ejemplo en los motores) provoca un desfase por retraso entre la intensidad y la tensión. Por el contrario en el caso de presencia de condensadores en el circuito, se produce igualmente un desfase pero en este caso la intensidad está adelantada respecto de la tensión.

Desde el punto de vista del usuario, la potencia activa es la única transformable en trabajo mecánico, calorífico o químico. La potencia activa, reactiva y aparente están relacionadas.

Las consecuencias de un mal coseno de phi, se traducen en un mal aprovechamiento de las líneas, ya que la potencia perdida por el efecto Joule es importante. Para compensar estas perdidas las compañías eléctricas penaliza las instalaciones con un bajo coseno de phi, mediante recargos en la facturación. Para el usuario además es igualmente desventajoso ya que le obliga a sobredimensionar las líneas por encima de sus necesidades.

Se mejora el coseno de phi colocando en la instalación baterías de condensadores para compensación capacitaba de los efectos inductivos que se producen en los receptores.

Potencia activa (P) : En corriente alterna se expresa en vatios y fórmula:

P = U * I * cos phi

siendo: U, la tensión eficaz, I, la intensidad eficaz y cos de phi el factor de potencia.

Potencia reactiva (Q) : En corriente alterna se expresa en voltiamperios reactivos y fórmula:

Q = U * I * seno phi

siendo: U, la tensión eficaz, I, la intensidad eficaz y phi el ángulo de desfase entre tensión e intensidad.

Potencia aparente (S) : En corriente alterna se expresa en voltiamperios y fórmula:

S = U * I

siendo: U, la tensión eficaz, I, la intensidad eficaz.

Las tres potencias señaladas se encuentran relacionadas tal como se indica el figura superior, pudiéndose formular:

S^2 = P^2 + Q^2

seno de phi = Q/S

cos de phi = P/S

Otro concepto que conviene incluir es el de rendimiento de la transformación de energía.

Ningún proceso conocido es perfecto desde el punto de vista de la energía perdiéndose parte de ella en el momento de su transformación. Así por ejemplo, cuando se toma energía de la red para producir movimiento mecánico por medio de un motor, es mayor la energía que consumimos Pa que la producida Pu , perdiéndose normalmente la diferencia en forma de calor. Llamamos rendimiento a la relación que existe entre la energía útil aprovechada y la que realmente hemos consumido para producirla:

R= Pu / Pa

A menos que lo haga un superconductor, una carga que se desplaza en un circuito gasta energía. Esto puede dar por resultado el calentamiento del circuito o el movimiento de un motor. La razón de conversión de energía eléctrica en otra forma, como energía mecánica, calor o luz, se llama potencia eléctrica. La potencia eléctrica es igual al producto de la corriente por el voltaje.

Potencia eléctrica = corriente x voltaje

Si el voltaje se expresa en volts y la corriente eléctrica en amperes, entonces la potencia queda expresada en watts. Así pues, en términos de unidades: 1 watt = (1 ampere) x (1 volt)

Tierra, se necesita trabajo para empujar una partícula con carga contra el campo eléctrico de un cuerpo cargado. La energía potencial eléctrica de una partícula con carga aumenta cuando se realiza trabajo para empujarla contra el campo eléctrico de algún otro objeto cargado. Imaginemos una carga positiva pequeña ubicada a cierta distancia de una esfera positivamente cargada. Si acercamos la carga pequeña a la esfera invertiremos energía en vencer la repulsión eléctrica. Del mismo modo que se realiza trabajo al comprimir un resorte se hace trabajo al empujar la carga contra el campo eléctrico de la esfera. Este trabajo es equivalente a la energía que adquiere la carga. La energía que ahora posee la carga en virtud de su posición se llama energía potencial eléctrica. Si soltamos la esfera, se acelerará alejándose y su energía potencial se transformará en energía cinética. POTENCIAL ELÉCTRICO #fast, #google, #inktomi, #teoma {position: relative; top: 0; left: 0} .s {color:#fff; font-family: verdana; font-size: xx-small;} .sBtn {font:bold xx-small verdana,sans; color:#000; background:#9f3; border-width:3px; border-style:solid; border-color:#f00 #900 #900 #f00; margin-right:10px;} #inktomi {background:#f00; border:2px solid #99f; font-weight:bold; color:#fff; padding:2px 8px; margin-left:2px;}

Dos cargas en la misma posición tienen dos veces más energía potencial que una sola; tres cargas tendrán el triple de energía potencial; un grupo de diez cargas tendrán diez veces más energía potencial, y así sucesivamente. En vez de ocuparnos de la energía potencial total de un grupo de cargas, es conveniente, cuando se trabaja con electricidad, considerar la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. Por ejemplo, un objeto con diez unidades de carga que se encuentra en un punto específico tiene diez veces más energía que un objeto con una sola unidad de carga, pero como también tiene diez veces más carga, la energía potencial por unidad de carga es la misma. El concepto de energía potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: potencial eléctrico. La unidad del Sistema Internacional que mide el potencial eléctrico es el volt, así llamado en honor del físico italiano Alessandro Volta (1745-1827). El símbolo del volt es V. Puesto que la energía potencial se mide en joules y la carga en coulombs:

Como el potencial eléctrico se mide en volts, se le suele llamar voltaje

CORRIENTE ELÉCTRICA

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Cuando los extremos de un conductor de electricidad están sometidos a potenciales eléctricos distintos fluye carga de un extremo a otro. La carga fluye cuando existe una diferencia de potencial (diferencia de voltaje) entre los extremos de un conductor. El flujo de carga continúa hasta que ambos extremos alcanzan el mismo potencial. Sin no hay diferencia de potencial, no hay flujo de carga por el conductor. Para obtener un flujo de carga constante en un conductor es necesario tomar ciertas medidas para mantener una diferencia de potencial mientras la carga fluye de un extremo a otro, lo cual se logra con el uso de bombas eléctricas. La corriente eléctrica no es sino el flujo de carga eléctrica. En un conductor sólido los electrones transportan la carga por el circuito porque se pueden mover libremente por toda la red atómica. Estos electrones se conocen como electrones de conducción. Los protones, por su parte, están ligados a los núcleos atómicos, los cuales se encuentran más o menos fijos en posiciones determinadas. En los fluidos, como en el electrólito de una batería de automóvil, en el flujo de carga eléctrica pueden participar iones positivos y negativos además de electrones. La corriente eléctrica se mide en amperes, cuyo símbolo como unidad del SI es A. Un ampere es el flujo de 1 coulomb de carga por segundo. En un cable que transporta corriente la carga eléctrica neta es cero. En condiciones normales el número de electrones que hay en el cable es igual al número de protones presentes en los núcleos atómicos. Cuando fluyen electrones en un cable el número que entra por un extremo es igual al número que sale por el otro. La carga neta es normalmente cero en todo momento

FUENTES DE VOLTAJE #fast, #google, #inktomi, #teoma {position: relative; top: 0; left: 0} .s {color:#fff; font-family: verdana; font-size: xx-small;} .sBtn {font:bold xx-small verdana,sans; color:#000; background:#9f3; border-width:3px; border-style:solid; border-color:#f00 #900 #900 #f00; margin-right:10px;} #inktomi {background:#f00; border:2px solid #99f; font-weight:bold; color:#fff; padding:2px 8px; margin-left:2px;}

La carga no fluye a menos que exista una diferencia de potencial. Para que haya una corriente constante se necesita una bomba eléctrica adecuada que mantenga la diferencia de potencial. Todo dispositivo que crea una diferencia de potencial se conoce como una fuente de voltaje. Las celdas o pilas secas, las pilas húmedas y los generadores son capaces de mantener un flujo constante. (Una batería no es otra cosa que dos o más celdas o pilas interconectadas). Las pilas secas, las pilas húmedas y los generadores suministran energía que permite que las cargas se desplacen. En las pilas secas y en las húmedas la energía que se desprende de una reacción química que se lleva a cabo dentro de la pila se transforma en energía eléctrica. Los generadores por su parte convierten energía mecánica en energía eléctrica. La energía potencial eléctrica, sea cual sea el método empleado en su producción, está disponible en las terminales de la pila o generador. La energía potencial por coulomb de carga disponible para los electrones que se desplazan entre las terminales es el voltaje (llamado a veces fuerza electromotriz, o fem). El voltaje proporciona la “presión eléctrica” necesaria para desplazar los electrones entre las terminales de un circuito.

RESISTENCIA ELÉCTRICA

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La cantidad de corriente que fluye en un circuito depende del voltaje que suministra la fuente de voltaje. El flujo de corriente también depende de la resistencia que opone el conductor al flujo de carga: la resistencia eléctrica. La resistencia de un cable depende de la conductividad del material del que está hecho y también del espesor y de la longitud del cable. La resistencia eléctrica es menor en los cables gruesos que en los delgados. Los cables largos oponen más resistencia que los cortos. Además, la resistencia depende de la temperatura. Cuanto más se agitan los átomos dentro del conductor, mayor es la resistencia que el mismo opone al flujo de carga. En la mayoría de los casos, un aumento de temperatura se traduce en un incremento en la resistencia del conductor. La resistencia eléctrica se mide en unidades llamadas ohms (W) en honor a Georg Simon Ohm, físico alemán que puso a prueba distintos tipos de cable en diversos circuitos para determinar el efecto de la resistencia del cable en la corriente.

LEY DE OHM #fast, #google, #inktomi, #teoma {position: relative; top: 0; left: 0} .s {color:#fff; font-family: verdana; font-size: xx-small;} .sBtn {font:bold xx-small verdana,sans; color:#000; background:#9f3; border-width:3px; border-style:solid; border-color:#f00 #900 #900 #f00; margin-right:10px;} #inktomi {background:#f00; border:2px solid #99f; font-weight:bold; color:#fff; padding:2px 8px; margin-left:2px;}

Ohm descubrió que la cantidad de corriente que pasa por un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. En notación compacta:

I = V/R Donde V es el voltaje, I la corriente, y R la resistencia.

Esta relación entre el voltaje, la corriente y la resistencia se conoce como ley de Ohm. Así pues, para un circuito dado de resistencia constante, la corriente y el voltaje son proporcionales. Esto significa que si se duplica el voltaje, se duplica la corriente. Pero si se duplica la resistencia de un circuito, la corriente se reduce a la mitad. En dispositivos eléctricos como los receptores de radio y de televisión, la corriente se regula por medio de elementos de circuito llamados resistores, cuya resistencia puede ir de unos cuantos ohms a varios millones de ohms.

CORRIENTE DIRECTA Y CORRIENTE ALTERNA

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La corriente eléctrica puede ser cd o ca. Con cd denotamos la corriente directa, que implica un flujo de carga que fluye siempre en una sola dirección. Una batería produce corriente directa en un circuito porque sus bornes tienen siempre el mismo signo de carga. Los electrones se mueven siempre en el circuito en la misma dirección: del borne negativo que los repele al borne positivo que los atrae. Aún si la corriente se mueve en pulsaciones irregulares, en tanto lo haga en una sola dirección es cd. La corriente alterna (ca) se comporta como su nombre lo indica. Los electrones del circuito se desplazan primero en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a posiciones relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje del generador o de otra fuente. La popularidad de que goza la ca proviene del hecho de que la energía eléctrica en forma de ca se puede transmitir a grandes distancias por medio de fáciles elevaciones de voltaje que reducen las pérdidas de calor en los cables. La aplicación principal de la corriente eléctrica, ya sea cd o ca, es la transmisión de energía en forma silenciosa, flexible y conveniente de un lugar a otro.

RAPIDEZ DE LOS ELECTRONES EN UN CIRCUITO #fast, #google, #inktomi, #teoma {position: relative; top: 0; left: 0} .s {color:#fff; font-family: verdana; font-size: xx-small;} .sBtn {font:bold xx-small verdana,sans; color:#000; background:#9f3; border-width:3px; border-style:solid; border-color:#f00 #900 #900 #f00; margin-right:10px;} #inktomi {background:#f00; border:2px solid #99f; font-weight:bold; color:#fff; padding:2px 8px; margin-left:2px;}

Cuando accionas el interruptor de encendido en la pared de tu habitación y el circuito se cierra, parece que la bombilla comienza a brillar de inmediato. Cuando haces una llamada telefónica la señal eléctrica que transporta tu voz viaja por los hilos con una rapidez aparentemente infinita. La señal se transmite por los conductores con una rapidez cercana a la de la luz. Lo que se mueve con esta rapidez es la señal, no los conductores. A temperatura ambiente, los electrones que se encuentran en el interior de un cable metálico tienen una rapidez promedio de unos pocos millones de kilómetros por hora debido a su movimiento térmico. Esto no produce una corriente porque el movimiento es aleatorio y no hay un flujo neto en una dirección específica. Pero cuando el cable se conecta a un generador o a una batería se establece un campo eléctrico dentro del cable. Se trata de un campo pulsante capaz de recorrer el circuito con una rapidez cercana a la de la luz. Los electrones continúan con su movimiento al azar en todas direcciones al mismo tiempo que el campo eléctrico los hace avanzar por el cable. El campo acelera los electrones de conducción en dirección paralela a las líneas de campo. Pero antes de adquirir una rapidez apreciable, los electrones se topan con los iones metálicos anclados a su paso y transfieren parte de su energía cinética a los mismos. Es por esto que los cables que transportan corriente eléctrica se calientan. Las colisiones interrumpen el movimiento de los electrones de tal manera que su rapidez de deriva, o rapidez neta, en el cable debida al campo es extremadamente pequeña. LA FUENTE DE ELECTRONES EN UN CIRCUITO #fast, #google, #inktomi, #teoma {position: relative; top: 0; left: 0} .s {color:#fff; font-family: verdana; font-size: xx-small;} .sBtn {font:bold xx-small verdana,sans; color:#000; background:#9f3; border-width:3px; border-style:solid; border-color:#f00 #900 #900 #f00; margin-right:10px;} #inktomi {background:#f00; border:2px solid #99f; font-weight:bold; color:#fff; padding:2px 8px; margin-left:2px;}

La fuente de electrones en un circuito es el material conductor mismo del circuito. Algunas personas piensan que las tomas de corriente que tienen en sus hogares son fuentes de electrones. Estas personas piensan que los electrones fluyen de la planta de electricidad por las líneas de transmisión hasta las tomas de corriente de las paredes. No es así. Las tomas de corriente de las casas son de ca. En un circuito de ca los electrones no recorren distancias apreciables por un cable, sino que vibran de un lado a otro en torno a posiciones relativamente fijas. Cuando enchufas una lámpara a la toma de corriente, lo que fluye de la toma de la lámpara es energía, no electrones. El campo eléctrico transporta energía que hace vibrar los electrones que ya estaban en el filamento de la bombilla. Así pues, cuando recibes una descarga eléctrica, los electrones que constituyen la corriente que recorre tu cuerpo proceden de tu cuerpo mismo. Los electrones no salen del cable para atravesar tu cuerpo y entrar a tierra; eso lo hace la energía. POTENCIA ELÉCTRICA

A menos que lo haga un superconductor, una carga que se desplaza en un circuito gasta energía. Esto puede dar por resultado el calentamiento del circuito o el movimiento de un motor. La razón de conversión de energía eléctrica en otra forma, como energía mecánica, calor o luz, se llama potencia eléctrica. La potencia eléctrica es igual al producto de la corriente por el voltaje. Potencia eléctrica = corriente x voltaje Si el voltaje se expresa en volts y la corriente eléctrica en amperes, entonces la potencia queda expresada en watts. Así pues, en términos de unidades:

1 watt = (1 ampere) x (1 volt)

4.4. Potencia Eléctrica

Si una batería se utiliza para establecer una corriente eléctrica en un conductor, existe una transformación continua de energía química almacenada en la batería a energía cinética de los portadores de carga. Esta energía cinética se pierde rápido como resultado de las colisiones de los portadores de carga con el arreglo de iones, ocasionando un aumento en la temperatura del conductor. Por lo tanto, se ve que la energía química almacenada en la batería es continuamente transformada en energía térmica.

Considérese un circuito simple que consista de una batería cuyas terminales estén conectadas a una resistencia R, como en la figura 4.3. La terminal positiva de la batería está al mayor potencial. Ahora imagínese que se sigue una cantidad de carga positiva Q moviéndose alrededor del circuito desde el punto a a través de la batería y de la resistencia, y de regreso hasta el punto a.

El punto a es el punto de referencia que está aterrizado y su potencial se ha tomado a cero. Como la carga se mueve desde a hasta b a través de la batería su energía potencial eléctrica aumenta en una cantidad V Q (donde V es el potencial en b) mientras que la energía potencial química en la batería disminuye por la misma cantidad.

Sin embargo, como la carga se mueve desde c hasta d a través de la resistencia, pierde esta energía potencial eléctrica por las colisiones con los átomos en la resistencia, lo que produce energía térmica. Obsérvese que si se desprecia la resistencia de los alambres interconectores no existe pérdida en la energía en las trayectorias bc y da. Cuando la carga regresa al punto a, debe tener la misma energía potencial (cero) que tenía al empezar.

4.3. Un circuito consta de una batería o fem E y de una resistencia R. La carga positiva fluye en la dirección de las manecillas del reloj, desde la terminal negativa hasta la positiva de la batería. Los puntos a y d están aterrizados.

La rapidez con la cual la carga Q pierde energía potencial cuando pasa a través de la resistencia está dada por :

U Q = V = IV t t

donde I es la corriente en el circuito. Es cierto que la carga vuelve a ganar esta energía cuando pasa a través de la batería. Como la rapidez con la cual la carga pierde la energía es igual a la potencia perdida en la resistencia, tenemos :

P = IV

En este caso, la potencia se suministra a la resistencia por la batería. Sin embargo, la ecuación anterior puede ser utilizada para determinar la potencia transferida a cualquier dispositivo que lleve una corriente I, y tenga una diferencia de potencial V entre sus terminales. Utilizando la ecuación anterior y el hecho de que V=IR para una resistencia, se puede expresar la potencia disipada en las formas alternativas :

P= I²R = V² R

Cuando I está en amperes, V en volts, y R en ohms, la unidad de potencia en el SI es el watt (W). La potencia perdida como calor en un conductor de resistencia R se llama calor joule; sin embargo, es frecuentemente referido como una perdida I²R. Una batería o cualquier dispositivo que produzca energía eléctrica se llama fuerza electromotriz, por lo general referida como fem.

Ejemplo 4.3. Potencia en un calentador eléctrico

Se construye un calentador eléctrico aplicando una diferencia de potencial de 110V a un alambre de nicromo cuya resistencia total es de 8?. Encuéntrese la corriente en el alambre y la potencia nominal del calentador.

Solución

Como V=IR, se tiene :

Se puede encontrar la potencia nominal utilizando P=I²R :

P = I²R = (13.8 A)² (8) = 1.52 kW

Si se duplicaran el voltaje aplicado, la corriente se duplicaría pero la potencia se cuadruplicaría.

servicio normal, no debe elevar su temperatura hasta valores que se consideran perjudiciales para el aislamiento que protege el conductor. Las temperaturas límite son diferentes para los distintos tipos de aislamientos empleados en cables de energía en BT, y vienen recogidos en la Norma UNE 21123. Para que no se sobrepasen estas temperaturas límites en el conductor, el Reglamento establece, en sus Instrucciones Técnicas Complementarias, las intensidades máximas admisibles para las distintas secciones de conductor (Cu o Al), y tipos de aislamiento, en unas condiciones de instalación predefinidas. Asimismo, define los coeficientes correctores que deben aplicarse a las intensidades máximas admisibles en caso de que se den condiciones de instalación diferentes a las predefinidas (agrupamiento de cables, temperatura ambiental, exposición al sol, etc.).

b) Caída de tensión: La impedancia que poseen las líneas eléctricas produce caídas de tensión a lo largo de ellas, de modo que la tensión en bornes de los receptores es algo inferior a la tensión que hay al principio de las líneas de alimentación. Los equipos eléctricos están diseñados para funcionar a una determinada tensión nominal, aunque admiten una cierta tolerancia. Dado que el material del conductor y la longitud de la línea vienen ya definidos por la propia instalación, solo podemos limitar las caídas de tensión adoptando una sección adecuada. El Reglamento establece en su Instrucción 017, que en las instalaciones interiores o receptores "la sección de los conductores a utilizar se determinará de forma que la caída de tensión entre el origen de la instalación y cualquier punto de utilización, sea menor del 3 por 100 de la tensión nominal en el origen de la instalación, para alumbrado, y del 5 por 100 de para los demás usos".

c) Cortocircuito: Las corrientes de cortocircuito calientan considerablemente, por efecto Joule, los conductores por los que circula (líneas, contactos de interruptores, bobinados de máquinas rotativas y transformadores, etc.), provocando en ellos temperaturas elevadísimas. El riesgo evidente es que todo lo que está en contacto con el conductor (como los aislamientos artificiales derivados del petróleo, el aceite de los transformadores), puede alcanzar una temperatura a la que pierda o reduzca sus propiedades como aislante, e incluso inflamarse si llega a su temperatura de ignición.

Evidentemente la instalación ha de calcularse para que pueda soportar sin daño los efectos térmicos. Refiriéndonos a los conductores que forman las líneas de BT, el proyectista debe asegurarse de que soportan los calentamientos debidos a los cortocircuitos máximos previstos, y esto se consigue: a) Dimensionando la sección del conductor para limitar la elevación de temperatura por debajo de la permitida según la Norma UNE 31123. b) Limitando el tiempo que ha de soportar la incidencia, lo que se consigue con protecciones eficaces que desconecten la instalación de la red y que actúan en milésimas de segundo. Si el tiempo de desconexión ya está delimitado, la sección se calcula considerando la elevación de temperatura máxima permisible por el aislamiento en contacto con el conductor. Uno de los tres criterios resulta ser el más exigente en cuanto a la sección necesaria de la línea y se adopta normalmente la sección que resulta de su aplicación.

PÉRDIDAS DE POTENCIA EN LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS DE BT

Las pérdidas de potencia en las líneas pueden suponer fracciones importantes de la potencia transportada por las mismas, aunque la sección de los conductores se haya calculado con los criterios técnicos apuntados anteriormente.

Estudiaremos a continuación las pérdidas de potencia para el caso de líneas de Cu, en distribución monofásica a 220 V y trifásica a 380 V, considerando un factor de potencia medio de 0,8. Las pérdidas de potencia relativa, expresada como porcentaje de la potencia eléctrica transportada por una línea, viene dada por:

Pp = 1,14 R I (%) distribución monofásica a 220 V. [1]

Pp = 0,57 R I (%) distribución trifásica a 380 V.

siendo: R la resistencia de la línea en , e I la intensidad circulante en Amperios.

Como vemos, la pérdida de potencia relativa, para una sección determinada, es linealmente dependiente de la intensidad circulante y de la longitud de la línea.

En la Tabla I se ha reflejado, para las distintas secciones comerciales de conductor y una longitud de 100 M de línea, la resistencia óhmica del conductor, la intensidad máxima admisible por calentamiento dada por el Reglamento para 3 cables unipolares RV 0,6/1 KV (MIBT 004, tabla V), y la pérdida de potencia relativa resultante (en %/Hm), cuando circula una intensidad igual a la referida máxima admisible por calentamiento.

En la figura 1 se ha representado, para las distintas secciones normalizadas de conductor, la pérdida de potencia relativa cuando circula por la línea (de 100M) la intensidad máxima admisible por calentamiento. Para otras intensidades o longitudes de línea la pérdida de potencia relativa se obtiene como fracción lineal de la que aparece en la figura siguiente. Se observa que la potencia perdida por calentamiento en los conductores, representa fracciones de la potencia transportada tanto mayores cuanto menor es la sección.

Para intensidades próximas a las máximas admisibles que fija el Reglamento se dan pérdidas elevadas en todas las secciones analizadas (siempre referidas a 100M de línea). En distribuciones monofásicas, esas pérdidas alcanzan el 25 por 100, mientras que en distribuciones trifásicas se reducen a la mitad. Para dar una idea clara de la magnitud de la potencia disipada en las líneas eléctricas, se ha representado en las figuras 2 (líneas monofásicas) y 3 (líneas trifásicas), la pérdida de potencia por unidad de longitud de línea (W/m) para las diferentes secciones comerciales, y dentro de cada una de ellas para intensidades 0, 2-0, 4-0, 6-0, 8-1 veces la intensidad máxima admisible por calentamiento.

La potencia perdida para cada sección de conductor es proporcional a la longitud de la línea y al cuadrado de la intensidad. Se puede concluir que cuando el criterio limitante del cálculo de la sección ha sido el calentamiento, y nos encontramos con intensidades próximas a las máximas admisibles, debe estudiarse la conveniencia de aumentar la sección para disminuir en parte las pérdidas de potencia. Para ello debe realizarse un análisis económico comparativo de las distintas soluciones posibles, análisis que se ha realizado para los casos más habituales de líneas eléctricas de BT y que se expone seguidamente.

COSTES ANUALES DE LA ENERGÍA PERDIDA EN LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS

Las pérdidas caloríficas en los conductores suponen unas pérdidas económicas que no siempre son tenidas en cuenta al proyectar las líneas de una instalación eléctrica. En efecto, la energía que se pierde en las líneas de distribución eléctrica son registradas por el contador de energía activa y contabilizadas en el recibo mensual que la Compañía Eléctrica factura al abonado.

En consecuencia cabe considerar un criterio económico a la hora de elegir la sección de las líneas eléctricas. Desde esta perspectiva, aparece la posibilidad de adoptar una sección de conductor mayor que la obtenida con los criterios técnicos, de forma que se disminuyan las pérdidas por calentamiento, lo que obliga a realizar un análisis económico contraponiendo los ahorros de facturación con el sobrecoste que supone la instalación de una línea mayor sección. Vamos a evaluar seguidamente el coste económico que suponen las pérdidas de potencia en las líneas. La energía que disipa una línea eléctrica durante un año, suponiendo una intensidad constante, puede obtenerse con la expresión.

E = n L R I2 H 10-6 (kWH/año) [2]

siendo:

n: número de hilos de la línea (Tres para líneas trifásicas y dos para monofásicas). L: longitud de la línea en m. R: resistencia de cada conductor de la línea en /km. I: intensidad circulante en A. H: horas al año durante las que circula la intensidad I.

Para cuantificar de alguna manera estas pérdidas energéticas, se ha representado en la figura 4, y para líneas monofásicas y trifásicas, la energía perdida por metro de línea, debido al paso de la Imáx durante mil horas de servicio.

En el caso de distribuciones monofásicas, las pérdidas de energía supone los 2/3 de las correspondientes a las líneas trifásicas. Dado que la energía perdida es proporcional al cuadrado de I, a intensidades de sólo la mitad de Imáx, corresponden unas pérdidas resultantes de dividir por 4 los valores de la gráfica. Aún así, vemos que el paso de intensidades cercanas a la intensidad máxima admisible por calentamiento, produce pérdidas de energía considerables en un tiempo relativamente corto (mil horas); entre 12 y 68 kWh según la sección para líneas trifásicas, y entre 8 y 45 kWh para líneas monofásicas. Se pone así de manifiesto la conveniencia de estudiar el aumento de sección de las líneas por razones exclusivamente económicas. Aumento de la sección del conductor. Ahorro económico Ya que estudiamos la conveniencia de aumentar la sección del conductor debemos obtener el ahorro anual que se obtiene por disminución de las pérdidas de energía que este hecho representa. La valoración económica de esa energía perdida se obtiene multiplicando la expresión [2] por el precio que

4.1. Introducción

El término corriente eléctrica o simplemente corriente se utiliza para describir la rapidez de flujo de la carga por alguna región del espacio. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad se refieren a las corrientes eléctricas. Por ejemplo, la batería de una lámpara suministra corriente al filamento de la bombilla (foco) cuando el interruptor se coloca en la posición de encendido. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente alterna. En estos casos comunes, el flujo de carga se lleva a cabo en un conductor, como un alambre de cobre. Sin embargo, es posible que existan corrientes fuera del conductor. Por ejemplo, el haz de electrones en un cinescopio de TV constituye una corriente.

4.2. Definiciónes

Corriente eléctrica

Figura 4.1. Cargas en movimiento a través de un área A. La dirección de la corriente es en la dirección en la cual fluirían las cargas positiva.

Siempre que cargas eléctricas del mismo signo están en movimiento, se dice que existe una corriente. Para definir la corriente con más precisión, supongamos que las cargas se mueven perpendicularmente a un área superficial A como en la figura 4.1. Por ejemplo, esta área podría ser la sección trasversal de un alambre. La corriente es la rapidez con la cual fluye la carga a través de esta superficie. Si Q es la cantidad de carga que pasa a través de esta área en un tiempo t, la corriente promedio, Ip, es igual a la razón de la carga en el intervalo de tiempo :

Ip = Q t

Si la rapidez con que fluye la carga varía con el tiempo, la corriente también varía en el tiempo y se define la corriente instantánea, I, en el límite diferencial de la expresión anterior :

I = dQ dt

La unidad de corriente en el SI es el ampere (A), donde : 1A = 1 C/s

Es decir, 1 A de corriente equivale a que 1 coulomb de carga que pase a través de la superficie en 1 s. En la práctica con frecuencia se utilizan unidades más pequeñas de corriente, tales como el miliampere (1mA=10¯³A) y el microampere (1µA=10¯6 A).

Cuando las cargas fluyen a través de la superficie en la figura 4.1, pueden ser positivas, negativas o ambas. Por convención se escoge la dirección de la corriente como la dirección en la cual fluyen las cargas positivas. En un conductor como el cobre, la corriente se debe al movimiento de los electrones cargados negativamente. Por lo tanto, cuando hablamos de corriente en un conductor ordinario, como el alambre de cobre, la dirección de la corriente será opuesta a la dirección del flujo de electrones. Por otra lado, si uno considera un haz de protones cargados positivamente en un acelerador, la corriente está en la dirección del movimiento de los protones. En algunos casos, la corriente es el resultado del flujo de ambas cargas positiva y negativa. Esto ocurre, por ejemplo, en los semiconductores y electrólitos. Es común referirse al movimiento de cargas (positivas o negativas) como el movimiento de portadores de carga. Por ejemplo, los portadores de carga en un metal son los electrones.

Resistencia

Es la oposición de un material al flujo de electrones. La resistencia R del conductor esta dada por :

R = V I

De este resultado se ve que la resistencia tiene unidades en el SI de volts por ampere. Un volt por un ampere se define como un ohm () :

1= 1 V/A

Es decir, si una diferencia de potencial de 1 volt a través de un conductor produce una corriente de 1 A, la resistencia del conductor es 1. Por ejemplo, si un aparato eléctrico conectado a 120 V lleva corriente de 6 A, su resistencia es de 20.

Las bandas de colores en un resistor representan un código que representa el valor de la resistencia. Los primeros dos colores dan los dos primeros dígitos del valor de la resistencia el tercer color es el exponente en potencias de diez de multiplicar el valor de la resistencia. El último color es la tolerancia del valor de la resistencia. Por ejemplo, si los colores son naranja, azul, amarillo y oro, el valor de la resistencia es 36X104 o bien 360K, con una tolerancia de 18K (5%).

4.2. Las bandas de colores en un resistor representan un código que representa el valor de la resistencia.

Código de colores para resistores.

Resistividad

El inverso de la conductividad de un material se le llama resistividad p :

p = 1 ô

Resistividades y coeficientes de temperatura para varios materiales.

Densidad de corriente

Considérese un conductor con área de sección trasversal A que lleva una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área. Como I = nqvdA, la densidad de corriente está dada por :

J = I A

donde J tiene unidades en el SI de A/m2. En general la densidad de corriente es una cantidad vectorial. Esto es,

J= nqvd

Con base en la definición, se ve también que la densidad de corriente está en la dirección del movimiento de las cargas para los portadores de cargas positivos y en dirección opuesta a la del movimiento de los portadores de carga negativos.

Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establecen en un conductor cuando una diferencia de potencial se mantiene a través del conductor. Si la diferencia de potencial es constante, la corriente en el conductor será también constante.

Con mucha frecuencia, la densidad de corriente en un conductor es proporcional al campo eléctrico en el conductor. Es decir,

J=ôE

Conductividad

Con mucha frecuencia, la densidad de corriente en un conductor es proporcional al campo eléctrico en el conductor. Es decir,

J=ôE

donde la constante de proporcionalidad ô se llama la conductividad del conductor. Los materiales cuyo comportamiento se ajustan a la ecuación anterior se dice que siguen la ley de Ohm, su nombre se puso en honor a George Simon Ohm.

  ¿Como se define el riesgo eléctrico?

 ¿Qué factores intervienen en el riesgo de lesiones por electricidad?

 ¿Qué tipos de contactos eléctricos existen?

 ¿Cuales son los efectos que produce la corriente sobre el organismo?

 ¿Qué debe hacerse en caso de accidente por electricidad?

 ¿Cuál va a ser el pronóstico de estos pacientes?

¿Como se define el riesgo eléctrico?

Definimos el riesgo eléctrico como la posibilidad de circulación de la corriente eléctrica a través del cuerpo humano, siendo para ello necesario que el cuerpo humano sea conductor, que pueda formar parte del circuito y que exista una diferencia de tensiones entre dos puntos de contacto. Debido a que la electricidad es el tipo de energía más utilizada, a veces caemos en la despreocupación olvidándonos de las mínimas medidas de prevención en su uso.

El riesgo eléctrico puede producir daños sobre las personas (parada cardiaca, respiratoria, quemaduras, etc.) y sobre los bienes, debido al riesgo asociado de incendios y explosiones.

La primera muerte por electrocución se comunicó en 1879. En países como los Estados Unidos se producen más de 1000 muertos anuales por esta causa, además de 150 muertos por rayo. Las quemaduras eléctricas representan un 2 % de los ingresos en las unidades de quemados de los hospitales, el 65 % se producen en el lugar de trabajo (normalmente empresas eléctricas), el 32 % son domésticos y el 3 % de causas varias.

A título orientativo podemos decir que representan sólo del 0,5 al 0,8 % de los accidentes con baja laboral, pero este bajo porcentaje se corresponde con el 8 % de los accidentes mortales en los centros de trabajo, lo cual indica que se asocian a lesiones muy graves.

Son más frecuentes en varones de 20 a 30 años, siendo la corriente alterna de baja tensión la más involucrada en los accidentes.

¿Qué factores intervienen en el riesgo de lesiones por electricidad?

Los factores que intervienen en los accidentes eléctricos se pueden clasificar en factores técnicos y humanos.

Dentro de los factores técnicos mencionaremos los siguientes:

  Intensidad de la corriente que pasa por el cuerpo humano: Se ha demostrado experimentalmente que es la intensidad que atraviesa el cuerpo humano y no la tensión la que puede ocasionar lesiones debido al accidente eléctrico.

En este sentido comentar que a partir de 1 mA de corriente alterna ya se comienzan a percibir hormigueos, y que hasta intensidades de 10 mA del mismo tipo de corriente, la persona aún es capaz de soltar un conductor.

Tiempo de exposición al riesgo: No podemos hablar de valores de intensidad sin relacionarlos con el tiempo de paso por el cuerpo humano. De esta forma, para cada intensidad de corriente se establecen, según el tiempo de contacto, tres niveles:

  Nivel de seguridad: Abarca desde la mínima percepción de corriente hasta el momento en que no es posible soltarse voluntariamente del conductor. En dicho periodo no se produce afectación cardiaca ni nerviosa.

Nivel de intensidad soportable: Se produce aumento de la presión sanguínea y alteraciones del ritmo cardiaco, pudiéndose llegar a parada cardiaca reversible. Además, el nivel de consciencia va disminuyendo llegándose al coma por encima de 50 mA.

Nivel de intensidad insoportable: Estado de coma persistente y parada cardiaca. 

Recorrido de la corriente eléctrica por el cuerpo humano: Las consecuencias del contacto dependerán de los órganos del cuerpo humano que atraviese la corriente. Las mayores lesiones se producen cuando la corriente circula en las siguientes direcciones:   Mano izquierda – pie derecho

Mano derecha – pie izquierdo

Manos – cabeza

Mano derecha – toráx (corazón) – mano izquierda

Pie derecho – pie izquierdo 

Naturaleza de la corriente: Diferenciamos entre corriente alterna y corriente continua.   Corriente alterna: Su característica fundamental es la frecuencia, de tal modo que esa alternancia en el sistema cardiaco y nervioso produce espasmos, convulsiones y alteraciones del ritmo cardiaco.

Las altas frecuencias son menos peligrosas que las bajas (sólo percepción de calor con frecuencias superiores a 10.000 Hz). Por debajo de 10.000 Hz los efectos son similares a los de la corriente continua.

Corriente continua: Suele actuar por calentamiento y generalmente no es tan peligrosa como la alterna, si bien puede inducir riesgo de embolia y muerte.

 Resistencia eléctrica del cuerpo humano: Entre los factores determinantes tenemos la edad, el sexo, las tasas de alcohol en sangre, el estado de la superficie de contacto (humedad, suciedad, etc.), la presión de contacto, etc.

El valor máximo de resistencia se establece en 3000 Ohmios y el mínimo en 500 Ohmios. La piel seca tiene una gran resistencia, del orden de 4.000 Ohmios para la corriente alterna. En el caso de piel húmeda se reducen los niveles de resistencia hasta 1500 Ohmios, con lo que sólo con 100 V la intensidad que atraviesa el organismo puede producir la muerte. La sudoración también es un factor que puede disminuir la resistencia de la piel.

La resistencia en el interior del organismo es, en general, 1000 veces menor que la de la piel, siendo menor para la corriente alterna. En el interior del organismo la resistencia disminuye en proporción directa a la cantidad de agua que presentan los distintos tejidos; así, de mayor a menor resistencia tenemos los huesos, el tendón, la grasa, la piel, los músculos, la sangre y los nervios.

Tensión aplicada: Definimos la "tensión de contacto" como la diferencia de potencial que pueda resultar aplicada entre la mano y el pie de una persona que toque con aquella una masa o elemento sin tensión. En ausencia de contacto con elementos aislantes, aumenta la tensión de contacto y se favorece el paso de la corriente. Las tensiones más peligrosas son, para la corriente continua, las cercanas a 500 V, y para la corriente alterna las próximas a 300 V.

¿Qué tipos de contactos eléctricos existen?

El contacto se puede producir de dos formas: directo o indirecto:

  El directo tiene lugar con las partes activas del equipo o aparato que están diseñadas para llevar tensión (clavijas, claves metálicos, barras de distribución, etc.)

El indirecto se produce al tocar ciertas partes que habitualmente no están diseñadas para el paso de la corriente eléctrica, pero que pueden quedar en tensión por algún defecto o deterioro (partes metálicas o accesorios de conducción).

 ¿Cuáles son los efectos que produce la corriente sobre el organismo?

Los más frecuentes son los siguientes:   A nivel local: Quemadura blanco-amarillenta, endurecida, normalmente de bordes elevados, centro deprimido e indolora. Junto a las quemaduras en la zona de entrada y salida, se establece un área de destrucción celular alrededor, poco aparente al principio.

En el trayecto de la corriente por el interior del organismo, se produce destrucción muscular con liberación de sustancias capaces de ocasionar, como en el caso de la mioglobina, trombosis vascular, gangrena y fallo renal por obstrucción de las arteriolas del riñón.

Es característico que se produzcan fracturas debidas a la propia corriente y a las fuertes sacudidas musculares que éstas producen.

En ocasiones se producen las llamadas "quemaduras por arco", cuando la corriente sigue la superficie cutánea, por ser la que menos resistencia ofrece, y buscar tierra directamente a partir de la piel. En este caso, las quemaduras cutáneas serán gravísimas, pero la corriente no atraviesa el cuerpo humano y no hay lesiones internas.

A nivel general: Según el tiempo transcurrido distinguimos un cuadro precoz y otro tardío:

  Cuadro precoz: Puede llevar al accidentado a la muerte inmediata. Las posibles manifestaciones son:

Parada cardiaca: Se produce al atravesar la corriente el corazón con ausencia de contracción y paro circulatorio. El mecanismo fundamental es la fibrilación ventricular, en la cual se producen contracciones cardiacas anárquicas y desorganizadas de numerosas células ventriculares al mismo tiempo. Ello hace que la contracción global del corazón sea inefectiva y no se bombee la sangre. Se presenta con intensidades de 100 mA y cuando el choque eléctrico tiene una duración superior a 0,15 segundos, el 20 % de la duración total del ciclo cardiaco medio, que es de 0,75 segundos.

Asfixia: Se produce cuando la corriente atraviesa el tórax. Ello impide la contracción de los músculos de los pulmones y cese de la respiración.

Quemaduras: Pueden ser internas o externas, según el paso de la intensidad de la corriente. La presencia de dificultad respiratoria, quemaduras de los pelos de la nariz o de la boca, indican posible riesgo de quemadura interna a nivel del árbol traqueobronquial, de muy mal pronóstico.

Tetanización: O sacudidas por contracciones musculares intensas. Consiste en la anulación de la capacidad de reacción muscular que impide la separación voluntaria del punto de contacto.

           Ver Imagen

   Cuadro tardío: Se caracteriza por la afectación neurológica y renal.

Lesiones nerviosas: Parálisis y contracturas permanentes por lesión del sistema nervioso. Disminución del nivel de consciencia, coma e incluso muerte por convulsiones.

Lesión renal: Bloqueo de la función urinaria y muerte.

        Ver Imagen 

 ¿Qué debe hacerse en caso de accidente por electricidad?

  Tratamiento inmediato:

Accidentes por baja tensión:   Cortar la corriente eléctrica si es posible.

Evitar separar el accidentado directamente y especialmente si se está húmedo.

Si el accidentado está pegado al conductor, cortar éste con herramienta de mango aislante.

Accidentes por alta tensión:   Cortar la subestación correspondiente.

Prevenir la posible caída si está en alto.

Separar la víctima con auxilio de pértiga aislante y estando provisto de guantes y calzado aislante y actuando sobre banqueta aislante.

Librada la víctima, deberá intentarse la reanimación inmediatamente, practicándole la respiración artificial y el masaje cardiaco. Si está ardiendo hacerle rodar lentamente por el suelo o utilizar mantas. 

Tratamiento diferido:   Control de los trastornos hidroelectrolíticos desde el ingreso hospitalario.

Corregir la posible deshidratación con sueros intravenosos.

La insuficiencia renal se tratará con diálisis si no se recupera en un tiempo prudencial 

Tratamiento de las heridas:   Limpieza quirúrgica.

Cura tópica.

En caso de requerir amputación se esperará a que la lesión quede bien definida de los 5 a los 7 días.

Cobertura antibiótica.

 ¿Cuál va a ser el pronóstico de estos pacientes?

Dependerá fundamentalmente de dos de los factores de riesgo ya enunciados:

  Recorrido de la corriente

Duración de la descarga eléctrica

 El recorrido más peligroso es el que cruza el tórax por la afectación cardiaca concomitante. Si sólo se atraviesa una extremidad, el pronóstico será mejor.

La duración de la descarga es también muy importante. La contractura tetánica que desencadena puede impedir la liberación del accidentado, con lo que se producen mayores lesiones térmicas y neurológicas.

 1. Qué es el riesgo de electrocución

 2. Tipos de accidentes eléctricos

 3. Factores que intervienen en el riesgo de electrocución

 4. Efectos físicos del choque eléctrico

 4.1 Efectos físicos inmediatos

 4.2 Efectos físicos no inmediatos

 5. Primeros auxilios en caso de accidente eléctrico

 5.1 Accidentes por baja tensión

 5.2 Accidentes por alta tensión

SALUD: INSTRUCCIONES OPERATIVAS.

Instrucción Operativa IOP ELEC 02

ENERGÍA ELÉCTRICA: EFECTOS SOBRE EL ORGANISMO

© Raquel Garrido Font + Roberto García Roig.

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  1. QUÉ ES EL RIESGO DE ELECTROCUCIÓN

El riesgo de electrocución para las personas se puede definir como la "posibilidad de circulación de una corriente eléctrica a través del cuerpo humano". Así, se pueden considerar los siguientes aspectos:

Para que exista posibilidad de circulación de corriente eléctrica es necesario:

Que exista un circuito eléctrico formado por elementos conductores

Que el circuito esté cerrado o pueda cerrarse

Que en el circuito exista una diferencia de potencial mayor que cero

Para que exista posibilidad de circulación de corriente por el cuerpo humano es necesario:

Que el cuerpo humano sea conductor. El cuerpo humano, si no está aislado, es conductor debido a los líquidos que contiene (sangre, linfa, etc.)

Que el cuerpo humano forme parte del circuito

Que exista entre los puntos de "entrada" y "salida" del cuerpo humano una diferencia de potencial mayor que cero

Cuando estos requisitos se cumplan, se podrá afirmar que existe o puede existir riesgo de electrocución.

2. TIPOS DE ACCIDENTES ELÉCTRICOS

Los accidentes eléctricos se clasifican en:

Directos: Provocados por la corriente derivada de su trayectoria normal al circular por el cuerpo, es decir, es el choque eléctrico y sus consecuencias inmediatas. Puede producir las siguientes alteraciones funcionales:

Fibrilación ventricular- paro cardíaco.

Asfixia- paro respiratorio.

Tetanización muscular.

Indirectos: No son provocados por la propia corriente, sino que son debidos a:

Afectados por golpes contra objetos, caídas, etc., ocasionados tras el contacto con la corriente, que si bien por él mismo a veces no pasa de ocasionar un susto o una sensación desagradable, sin embargo sí puede producir una pérdida de equilibrio con la consiguiente caída al mismo nivel o a distinto nivel y el peligro de lesiones, fracturas o golpes con objetos móviles o inmóviles que pueden incluso llegar a producir la muerte.

Quemaduras de la víctima debidas al arco eléctrico. La gravedad de loas mismas puede abarcar la gama del primer al tercer grado y viene condicionada por los dos factores siguientes:

a) La superficie corporal afectada

b) La profundidad de las lesiones

3. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL RIESGO DE ELECTROCUCIÓN

Los efectos del paso de la corriente eléctrica por el cuerpo humano vendrán determinados por los siguientes factores:

Valor de la intensidad que circula por el circuito de defecto: los valores de intensidad no son constantes puesto que dependen de cada persona y del tipo de corriente, por ello se definen como valores estadísticos de forma que sean válidos para un determinado porcentaje de la población normal.

Resistencia eléctrica del cuerpo humano: además de la resistencia de contacto de la piel (entre 100 y 500 W), debemos tener en cuenta la resistencia que presentan los tejidos al paso de la corriente eléctrica, con lo que el valor medio de referencia está alrededor de los 1000 W; pero no hay que olvidar que la resistencia del cuerpo depende en gran medida del grado de humedad de la piel.

Resistencia del circuito de defecto: es variable, dependiendo de las circunstancias de cada uno de los casos de defecto, pudiendo llegar a ser nula en caso de contacto directo.

Voltaje o tensión: la resistencia del cuerpo humano varía según la tensión aplicada y según se encuentre en un local seco o mojado. Así el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión fija unos valores de tensión de seguridad (tanto para corriente alterna como para continua) de 24 V para locales mojados y de 50 V para locales secos a la frecuencia de 50 Hz.

Tipo de corriente (alterna o continua): la corriente continua actúa por calentamiento, aunque puede ocasionar un efecto electrolítico en el organismo que puede generar riesgo de embolia o muerte por electrólisis de la sangre; en cuanto a la corriente alterna, la superposición de la frecuencia al ritmo nervioso y circulatorio produce una alteración que se traduce en espasmos, sacudidas y ritmo desordenado del corazón (fibrilación ventricular).

Frecuencia: las altas frecuencias son menos peligrosas que las bajas, llegando a ser prácticamente inofensivas para valores superiores a 100000 Hz (produciendo sólo efectos de calentamiento sin ninguna influencia nerviosa), mientras que para 10000 Hz la peligrosidad es similar a la corriente continua.

Tiempo de contacto: este factor condiciona la gravedad de las consecuencias del paso de corriente eléctrica a través del cuerpo humano junto con el valor de la intensidad y el recorrido de la misma a través del individuo. Es tal la importancia del tiempo de contacto que no se puede hablar del factor intensidad sin referenciar el tiempo de contacto.

Curvas de seguridad:

Zona 1: zona de seguridad. Independiente del tiempo de contacto.

Zona 2: habitualmente no se detecta ningún efecto fisiopatológico en esta zona.

Zonas 3 y 4: en ellas existe riesgo para el individuo, por tanto no son zonas de seguridad. Pueden darse efectos fisiopatológicos con mayor o menor probabilidad en función de las variables intensidad y tiempo.

Recorrido de la corriente a través del cuerpo: los efectos de la electricidad son menos graves cuando la corriente no pasa a través de los centros nerviosos y órganos vitales ni cerca de ellos (bulbo, cerebelo, caja torácica y corazón). En la mayoría de los accidentes eléctricos la corriente circula desde las manos a los pies. Debido a que en este camino se encuentran los pulmones y el corazón, los resultados de dichos accidentes son normalmente graves. Los dobles contactos mano derecha- pie izquierdo (o inversamente), mano- mano, mano- cabeza son particularmente peligrosos. Si el trayecto de la corriente se sitúa entre dos puntos de un mismo miembro, las consecuencias del accidente eléctrico serán menores.

4. EFECTOS FÍSICOS DEL CHOQUE ELÉCTRICO

4.1.- EFECTOS FÍSICOS INMEDIATOS

Según el tiempo de exposición y la dirección de paso de la corriente eléctrica para una misma intensidad pueden producirse lesiones graves, tales como: asfixia, fibrilación ventricular, quemaduras, lesiones secundarias a consecuencia del choque eléctrico, tales como caídas de altura, golpes, etc., cuya aparición tiene lugar dependiendo de los valores t-Ic.

INTENSIDAD (mA)

 EFECTOS SOBRE EL ORGANISMO

 c.c.

 c.a. (50Hz)

HOMBRE

 MUJER

 HOMBRE

 MUJER

 1

 0.6

 0.4

 0.3

 Ninguna sensación

 5.2

 3.5

 1.1

 0.7

 Umbral de percepción

76

 51

 16

 10.5

 Umbral de intensidad límite

90

 60

 23

 15

 Choque doloroso y grave (contracción muscular y dificultad respiratoria)

200

 170

 50

 35

 Principio de fibrilación ventricular

1300

 1300

 1000

 1000

 Fibrilación ventricular posible en choques cortos: Corta duración (hasta 0.03 segundos)

500

 500

 100

 100

 Fibrilación ventricular posible en choques cortos: Duración 3 segundos

Tabla 1.- Efectos sobre el organismo de la intensidad.

Paro cardíaco: Se produce cuando la corriente pasa por el corazón y su efecto en el organismo se traduce en un paro circulatorio por parada cardíaca.

Asfixia: Se produce cuando la corriente eléctrica atraviesa el tórax. el choque eléctrico tetaniza el diafragma torácico y como consecuencia de ello los pulmones no tienen capacidad para aceptar aire ni para expulsarlo. Este efecto se produce a partir de 25-30 mA.

Quemaduras: Internas o externas por el paso de la intensidad de corriente a través del cuerpo por Efecto Joule o por la proximidad al arco eléctrico. Se producen zonas de necrosis (tejidos muertos), y las quemaduras pueden llegar a alcanzar órganos vecinos profundos, músculos, nervios e inclusos a los huesos. La considerable energía disipada por efecto Joule, puede provocar la coagulación irreversible de las células de los músculos estriados e incluso la carbonización de las mismas.

Tetanización: O contracción muscular. Consiste en la anulación de la capacidad de reacción muscular que impide la separación voluntaria del punto de contacto (los músculos de las manos y los brazos se contraen sin poder relajarse). Normalmente este efecto se produce cuando se superan los 10 mA.

Fibrilación ventricular: Se produce cuando la corriente pasa por el corazón y su efecto en el organismo se traduce en un paro circulatorio por rotura del ritmo cardíaco. El corazón, al funcionar incoordinadamente, no puede bombear sangre a los diferentes tejidos del cuerpo humano. Ello es particularmente grave en los tejidos del cerebro donde es imprescindible una oxigenación continua de los mismos por la sangre. Si el corazón fibrila el cerebro no puede mandar las acciones directoras sobre órganos vitales del cuerpo, produciéndose unas lesiones que pueden llegar a ser irreversibles, dependiendo del tiempo que esté el corazón fibrilando. Si se logra la recuperación del individuo lesionado, no suelen quedar secuelas permanentes. Para lograr dicha recuperación, hay que conseguir la reanimación cardíaca y respiratoria del afectado en los primeros minutos posteriores al accidente. Se presenta con intensidades del orden de 100 mA y es reversible si el tiempo es contacto es inferior a 0.1 segundo

La fibrilación se produce cuando el choque eléctrico tiene una duración superior a 0.15 segundos, el 20% de la duración total del ciclo cardíaco medio del hombre, que es de 0.75 segundos.

Lesiones permanentes: Producidas por destrucción de la parte afectada del sistema nervioso (parálisis, contracturas permanentes, etc.)

Se fija el tiempo máximo de funcionamiento de los dispositivos de corte automático en función de la tensión de contacto esperada:

Tiempo máximo de corte (s)

 Intensidad de contacto (mA)

 >5 25

1 43

0.5 56

0.2 77

0.1 120

0.05 210

0.03 300

Tabla 2

Por encima de estos valores se presenta fibrilación ventricular y por debajo no se presentan efectos peligrosos.

4.2 EFECTOS FÍSICOS NO INMEDIATOS

Se manifiestan pasado un cierto tiempo después del accidente. Los más habituales son:

Manifestaciones renales:

Los riñones pueden quedar bloqueados como consecuencia de las quemaduras debido a que se ven obligados a eliminar la gran cantidad de mioglobina y hemoglobina que les invade después de abandonar los músculos afectados, así como las sustancias tóxicas que resultan de la descomposición de los tejidos destruidos por las quemaduras.

Trastornos cardiovasculares:

La descarga eléctrica es susceptible de provocar pérdida del ritmo cardíaco y de la conducción aurículo- ventricular e intraventricular, manifestaciones de insuficiencias coronarias agudas que pueden llegar hasta el infarto de miocardio, además de trastornos únicamente subjetivos como taquicardias, sensaciones vertiginosas, cefaleas rebeldes, etc.

Trastornos nerviosos:

La víctima de un choque eléctrico sufre frecuentemente trastornos nerviosos relacionados con pequeñas hemorragias fruto de la desintegración de la sustancia nerviosa ya sea central o medular. Normalmente el choque eléctrico no hace más que poner de manifiesto un estado patológico anterior. Por otra parte, es muy frecuente también la aparición de neurosis de tipo funcional más o menos graves, pudiendo ser transitorias o permanentes.

Trastornos sensoriales, oculares y auditivos:

Los trastornos oculares observados a continuación de la descarga eléctrica son debidos a los efectos luminosos y caloríficos del arco eléctrico producido. En la mayoría de los casos se traducen en manifestaciones inflamatorias del fondo y segmento anterior del ojo. Los trastornos auditivos comprobados pueden llegar hasta la sordera total y se deben generalmente a un traumatismo craneal, a una quemadura grave de alguna parte del cráneo o a trastornos nerviosos.

empleo de pértigas de salvamento, etc.) ya que la persona electrocutada es un conductor eléctrico mientras está pasando por ella la corriente eléctrica.

5.1 ACCIDENTES POR BAJA TENSIÓN

Cortar la corriente eléctrica, si es posible

Evitar separar a la persona accidentada directamente y especialmente si está húmeda

Si la persona accidentada está pegada al conductor, cortar éste con herramienta de mango aislante

5.2 ACCIDENTES POR ALTA TENSIÓN

Cortar la subestación correspondiente

Prevenir la posible caída si está en alto

Separar la víctima con auxilio de pértiga aislante y estando provisto de guantes y calzado aislante y actuando sobre banqueta aislante

Librada la víctima, deberá intentarse su reanimación inmediatamente, practicándole la respiración artificial y el masaje cardíaco. Si está ardiendo, utilizar mantas o hacerle rodar lentamente por el suelo.

 Al efectuar una instalación eléctrica:

¿Evalúa los peligros de una posible falla en el sistema eléctrico o en los artefactos?

¿Ha tomado en cuenta los peligros que encierra un inadecuado manejo de los artefactos eléctricos?

¿Exige usted que se tomen en cuenta todas las consideraciones técnicas pertinentes?

El hombre ha invertido mucho tiempo en aprender a usar la corriente eléctrica para fines prácticos.Como resultado hoy dependemos de ella para muchas de nuestras actividades cotidianas.

Como usuarios permanentes de la electricidad, podemos correr algunos riesgos si la empleamos en forma adecuada, esto es, sin considerar los principios básicos sobre su funcionamiento. EL USO DE LA ENERGIA EXIGE PRECAUCION E INSTALACION ADECUADA

EL CONTACTO ELECTRICO ES UN PELIGRO LATENTE ¿Cómo podemos sufrir un accidente eléctrico? Podemos sufrir un accidente eléctrico cuando hacemos uso de un artefacto eléctrico:

Que tiene un cable con aislamiento deteriorado

En un lugar húmedo o mojado

¿Cuáles son los peligros del contacto eléctrico? El riesgo más común es el de contacto indirecto, el cual puede ocurrir al tocar cualquier elemento metálico de un artefacto cuyos cables han perdido aislamiento. Por cierto, los efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano varían en función de factores tales como:

La intensidad de la corriente y voltaje

El tiempo que dure el contacto

La resistencia eléctrica del propio cuerpo

Es así que el contacto eléctrico puede producir, desde un entumecimiento, hasta la muerte por asfixia, paro cardíaco o parálisis cerebral.

CURVA DE PELIGROSIDAD

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA EN EL CUERPO HUMANO

Cuidar el óptimo estado del aislamiento de los artefáctos eléctricos, evita riegos de accidentes. Sin embargo:

oficina. El sistema de CONEXION A TIERRA se extiende desde la puesta a tierra hacia todas las instalaciones, a través del tercer conductor, que debe estar presente en todos sus tomacorrientes.

SEGURIDAD TOTAL

INSTALACION DE UNA PUESTA A TIERRA

La PUESTA A TIERRA consiste en una instalación conductora cuya estructura es de COBRE. No depende de protección, ni de fusibles.

Debe ser subterránea La PUESTA A TIERRA suele tener las siguientes formas:

La conexión a tierra se dispone en forma paralela a la instalación de alimentación, desde el tablero de distribución, hasta el último tomacorriente del lugar.

RECUERDE: LOS ACCIDENTES ELECTRICOS SE PUEDEN PREVENIR, si usted sigue estos útiles consejos:

Una vez que tenga instalada la CONEXION A TIERRA: RECHACE equipos o artefactos eléctricos que no presenten el TERCER CONDUCTOR de protección. EVITE el uso de extensiones que no tengan el TERCER CONDUCTOR.

desastres naturales. Para evitar más electrocuciones, NIOSH recomienda que los que trabajan en las labores de limpieza tomen los pasos siguientes:

Si hay agua cerca de circuitos eléctricos y equipo eléctrico, apague la energía del cortocircuito eléctrico o el fusible principal en el tablero de control. No prenda la corriente hasta que todo el equipo eléctrico haya sido revisado por un electricista autorizado. Nunca se debe entrar en un área inundada ni tocar equipo eléctrico si el suelo está mojado, a menos que usted esté seguro que la corriente está apagada. Nunca se debe tocar un cable de alta tensión.

Cuando se usa generadores de gas o de diesel para proveer energía a un edificio, apague el cortocircuito o el fusible principal en el tablero de control antes de poner en marcha el generador. Así se puede evitar que se activen los cables de alta tensión por energía de retroalimentación, y los que trabajan con cables de alta tensión serán protegidos contra la electrocución.

Si hay que despejar un área o hacer otro trabajo cerca de un cable de alta tensión derrumbado, póngase en contacto con la empresa de servicios públicos, para determinar las formas de interrumpir la corriente eléctrica y aislar un cable o conectarlo a la tierra. Para evitar el contacto con cables elevados, se necesita usar extrema precaución al mover una escalera y otro equipo. Si usted trabaja en o cerca de los cables de alta tensión vea las otras recomendaciones en este documento.

EL MONÓXIDO DE CARBONO:

La limpieza después de una inundación puede incluir el uso de bombas, generadores, y lavadoras de alta presión que funcionan con diesel o gas. Todo este equipo despide monóxido de carbono, un gas que no tiene olor ni color, pero es mortal. Entonces hay que operar todo el equipo que funciona con gas o diesel AFUERA, y nunca llevarlo dentro de un edificio. Es casi imposible evaluar si la ventilación es adecuada. NIOSH ha investigado varias muertes de envenenamiento por monóxido de carbono. Las muertes fueron causadas por el uso, dentro de un edificio o en espacios confinados, de motores que funcionan con gas.

PELIGROS MUSCULOESQUELÉTICOS:

Los trabajadores que hacen la limpieza corren el riesgo de desarrollar lesiones musculoesqueléticas en las manos, la espalda, las rodillas, y los hombros. Hay que prestar especial atención para evitar lesiones en la espalda. Estas lesiones están asociadas con levantar cosas a mano y manejar escombros y material de construcción. Para evitar lesiones, se necesitan dos o más personas para mover objetos voluminosos. También, una persona sola no debe levantar material que pesa más de 50 libras, y hay que usar equipo semiautomático para el levantamiento.

FACTORES TERMALES ESTRESANTES:

Calor

Los trabajadores de limpieza corren un riesgo serio de desarrollar el estrés de calor. La exposición excesiva a los ambientes muy calurosos puede causar una variedad de problemas asociados con el calor, como agotamiento por el calor, calambres por el calor, y desmayo. Para reducir la posibilidad del estrés de calor, hay que tomar un vaso de agua cada 15-20 minutos y vestir ropa amplia de colores claros. También, hay que incorporar ciclos de trabajo-descanso, trabajar durante las horas frescas del día (cuando sea posible), o distribuir bien el trabajo. Cuando no hay aire acondicionado, hay que abrir las ventanas y usar ventiladores.

Frío

El cuerpo perderá calor más rápido que lo que puede remplazarlo si la persona se para o trabaja en agua que está a menos de 75° F (24° C), lo que causa hipotermia. Para reducir el riesgo de hipotermia, póngase botas de caucho, asegúrese que la ropa y las botas tengan aislante adecuado, evite trabajar solo, tome descansos frecuentes fuera del agua, y póngase ropa seca cuando sea posible.

EQUIPO PESADO:

Solamente los que tienen la formación apropiada deben operar maquinaría pesada como niveladoras, excavadoras, y tractores. Si usted opera este tipo de maquinaria, apáguela antes de desmontar y asegúrela para que no pueda moverse.

INESTABILIDAD ESTRUCTURAL:

Las aguas de inundación pueden dañar o cambiar el lugar de caminos naturales, aceras, estacionamientos, edificios, y campos abiertos. Nunca se puede asumir que las estructuras que fueron dañadas por el agua están estables. Los edificios que quedaron sumergidos o que han resistido las corrientes de agua durante una inundación pueden haber sufrido daño estructural y pueden ser peligrosos. No trabaje en o alrededor de un edificio que fue dañado por la inundación hasta que sea examinado y certificado como seguro por un arquitecto o ingeniero profesional registrado. Asuma que todas las escaleras, pisos, y los techos son inseguros hasta que sean revisados. Si observa movimientos estructurales o escucha ruidos inusuales que pudieran indicar la posibilidad de un colapso, salga inmediatamente.

MATERIAS PELIGROSAS:

Las aguas de inundación pueden sacar tanques, bidones, tubos, y equipo que puede contener materias peligrosas como pesticidas o propano. No trate de mover contenedores no identificados antes de ponerse en contacto con el cuerpo de bomberos o un equipo que maneja materias peligrosas. Si usted trabaja en áreas que pueden estar contaminadas, use ropa protectora y respiradores apropiados para evitar contacto con la piel o inhalación de vapores. Póngase en contacto con NIOSH par mas información sobre el equipo de seguridad apropiado. Lave la piel frecuentemente y a fondo las partes de la piel que pueden haber estado expuestas a los pesticidas y otros productos químicos peligrosos.

INCENDIO:

Por varias razones, un incendio puede representar una grave amenaza en una zona ya de por sí dañada por una inundación: los sistemas de protección contra los incendios pueden estar dañados, puede complicar la respuesta del cuerpo de bomberos, y pueden quedar interrumpidos los sistemas de suministro de agua. Por ello los trabajadores y los empleados deben tomar medidas adicionales de precaución. En cada área de trabajo de limpieza, se deben proveer por lo menos dos extinguidores, cada uno con una clasificación UL (Underwriter Laboratories) de por lo menos 10A.

RIESGO DE AHOGARSE:

Cuando usted entra en corrientes de agua, corre el riesgo de ahogarse, sin importar su capacidad para nadar. Como quienes están adentro de un vehículo corren el riesgo más grande de ahogarse, es importante cumplir con todas las advertencias de peligro que están en las carreteras y evitar manejar los vehículos o el equipo pesado en agua de la cual no se sabe la profundidad. NIOSH recomienda que se evite trabajar solo, y que lleve un chaleco salvavidas aprobado por la Guardia Costera cuando trabaje en o cerca de aguas de una inundación.

MEDIDAS DE PREVENCIÓN

Primeros auxilios

Los primeros auxilios, aún para pequeñas cortadas y quemaduras, son extremamente importantes cuando existe exposición a aguas que puedan estar contaminadas con desechos de animales o personas, o desechos tóxicos. Todos las heridas y cortadas abiertas deben ser limpiadas inmediatamente con jabón y agua limpia. La mayoría de las cortadas, aparte de los rasguños pequeños, necesitarán tratamiento para prevenir el tétanos. Si usted se lastima, póngase en contacto con un médico para averiguar el tratamiento necesario.

Equipo protector

Para la mayor parte del trabajo en áreas inundadas, necesitará el equipo protector personal siguiente: cascos, gafas o lentes, guantes gruesos para trabajar, y botas impermeables con puntera y plantillas de acero. Para información sobre cual equipo se necesita para la protección, póngase en contacto con NIOSH o con su oficina local de OSHA.

El ruido excesivo de equipo como sierras, excavadoras, tractores, máquinas para destruir el pavimento, calefactores, secadoras, puede causar zumbido y daño al oído. Si usted trabaja en un ambiente ruidoso y hay que gritar para otros le oigan, póngase tapones para las orejas o lleve otros aparatos protectores.

EL TRABAJO EN LOS ESPACIOS CERRADOS

Si usted tiene que trabajar en una caldera, un gasoducto, un hoyo, una estación de bombear, un tanque séptico, un lugar de tratamiento de aguas residuales, un tanque de almacenaje, un sótano, un pozo, o cualquier recinto parecido, debe estar consciente de los peligros asociados con el trabajo en los espacios confinados. Un espacio confinado tiene una o más de las características siguientes (1) aberturas limitadas para salir y entrar; (2) ventilación natural desfavorable; o (3) no está diseñado para la ocupación continúa de un trabajador.

Pueden existir gases tóxicos, falta de oxígeno, o condiciones explosivas en el área confinada. Esto puede causar un ambiente mortal. Como muchos gases y vapores tóxicos no pueden ser vistos ni tienen olor, no se puede confiar en los sentidos para averiguar si es seguro entrar en un sitio. Usted nunca debe entrar en un espacio confinado hasta que no tenga la capacitación apropiada, ni siquiera para rescatar a otro trabajador. Si tiene que entrar en un espacio confinado y no tiene la capacitación ni el equipo apropiado, llame al cuerpo de bomberos para que le ayuden.

EL TRABAJO CERCA DE CABLES DE ALTA TENSIÓN

Varios trabajadores se han muerto por electrocución después de desastres naturales. Los trabajadores y los dueños deben tomar precaución extrema mientras intentan restaurar energía o despejar las áreas cercanas a los cables de alta tensión derrumbados. Por ejemplo, un trabajador murió después del Huracán Hugo. Quitaba árboles de un cable de alta tensión desactivado que había sido derrumbado por la tormenta. Mientras revisaba el trabajo, pisó el cable y fue electrocutado por energía de un generador portátil de refuerzo en una gasolinera cercana. Esta energía de "retroalimentación" ocurre cuando un cable desactivado se activa por una fuente secundaria de energía.

El año siguiente, murió otro trabajador cuando despejaba ramas de un cable de alta tensión después de una tormenta tropical. Fue electrocutado después de caer de un árbol sobre un cable que él pensaba que estaba desactivado. Aunque los trabajadores habían abierto un interruptor fundido en un transformador, el cable permaneció activado por otro transformador.

Si usted trabaja en o cerca de los cables de alta tensión, los pasos siguientes le pueden salvar la vida:

Usted debe considerar todos los cables como activados hasta que usted mismo no los haya desactivado y les haya hecho la prueba con un aparato de ensayo apropiado. No utilice el método conocido como "fuzzing" (uso de un artículo metálico) para averiguar si un cable ha sido desactivado.

Sin embargo, averiguar que un cable no está activado no es suficiente para asegurar su seguridad. También hay que conectar a tierra los cables en los lados de carga y de suministro del área de trabajo. La conexión a la tierra es necesaria para protegerse contra los peligros de la energía eléctrica de realimentación por una fuente secundaria, como un generador portátil.

Cuando se restaura la energía en las bodegas subterráneas, es necesario tomar precauciones adicionales para evitar los peligros de una explosión. Cuando las bodegas que contienen conexiones eléctricas son vaciadas o bombeadas y activadas, se pueden formar gases explosivos.

PELIGROS AGRÍCOLAS

Si usted participa en los esfuerzos de limpieza en o cerca de una finca, existen los siguientes peligros adicionales:

Los espacios confinados en las fincas:

Los materiales agrícolas que se fermentan o que se llenan de moho en los espacios confinados pueden producir grandes cantidades de gases tóxicos que pueden dañar los pulmones o la muerte si se respiran. Prenda los ventiladores o calefactores por lo menos 30 minutos antes de entrar, y déjelos prendidos durante el trabajo. Y nunca debe entrar en estas áreas cuando está solo, y siempre se debe usar un tirante de seguridad para todo el cuerpo.

Peligros respiratorios:

El heno, los granos, el ensilaje, y el abono orgánico mojados, así como otros materiales orgánicos o agrícolas generan a menudo grandes cantidades de bacteria y moho durante el verano caluroso. Respirar estos organismos y el polvo orgánico que se produce puede causar enfermedades de los pulmones.

Use controles apropiados de ingeniería, incluyendo la ventilación del aire fresco. Cuando no se puede evitar la exposición al polvo orgánico, use un respirador purificador de aire con un filtro de alta eficiencia para partículas (HEPA), para disminuir el riesgo.

El heno almacenado:

El heno mojado genera muy rápidamente el moho. El proceso biológico de la formación de la bacteria y el moho puede causar que el heno experimente la combustión espontánea. Averigue si existe alguno de los siguientes peligros en el heno: los olores, las áreas calurosas y mojadas, y los vapores crecientes. Si usted encuentra uno de estos peligros, quite el heno mojado del edificio.

EL ESTRÉS, LAS HORAS LARGAS, Y LA FATIGA PUEDEN AUMENTAR EL RIESGO DE LESIONES Y ENFERMEDADES:

Las horas continuas de trabajo, junto con el agotamiento físico y emocional, el trauma causado por la pérdida de una casa dañada, y la pérdida temporal del trabajo pueden causar una situación muy estresante para los que hacen trabajos de limpieza después de una inundación. Los trabajadores que están expuestos a estas condiciones estresantes corren un riesgo más alto de crisis emocional y lesiones, y están más vulnerables a las enfermedades causadas por el estrés.

El apoyo emocional de la familia, los vecinos, y los profesionales de la salud mental pueden ayudar en la prevención de más serios problemas relacionados con el estrés durante los meses que siguen.

Los que trabajan en todas las fases de limpieza después de una inundación pueden reducir el riesgo de lesión y de enfermedad si toman los pasos siguientes:

Establezca las prioridades para los trabajos de limpieza; espacie los trabajos durante varios días (o semanas). Evite el agotamiento físico.

Vuelva a las horas normales de dormir lo más pronto posible. Descanse suficiente y tome pausas frecuentes antes que se acumule el agotamiento.

Aproveche los programas y servicios de ayuda para los desastres naturales en su comunidad.

Sea consciente del estrés o agotamiento emocional. Cuando la familia y los vecinos no están disponibles para el apoyo, consulte a los profesionales en los centros de salud y salud mental en su comunidad.

Riesgo Electrico, es un espacio que describe características del riesgo electrico, su manejo (risk management), las medidas preventivas (electrical safety , electricity safety) las fuentes, clasificación, normatividad, efectos sobre la salud y particularmente los equipos de protección personal (personal protective equipment , ppe )

4.2. Definiciónes

Corriente eléctrica

Figura 4.1. Cargas en movimiento a través de un área A. La dirección de la corriente es en la dirección en la cual fluirían las cargas positiva.

Siempre que cargas eléctricas del mismo signo están en movimiento, se dice que existe una corriente. Para definir la corriente con más precisión, supongamos que las cargas se mueven perpendicularmente a un área superficial A como en la figura 4.1. Por ejemplo, esta área podría ser la sección trasversal de un alambre. La corriente es la rapidez con la cual fluye la carga a través de esta superficie. Si Q es la cantidad de carga que pasa a través de esta área en un tiempo t, la corriente promedio, Ip, es igual a la razón de la carga en el intervalo de tiempo :

Ip = Q t

Si la rapidez con que fluye la carga varía con el tiempo, la corriente también varía en el tiempo y se define la corriente instantánea, I, en el límite diferencial de la expresión anterior :

I = dQ dt

La unidad de corriente en el SI es el ampere (A), donde : 1A = 1 C/s

Es decir, 1 A de corriente equivale a que 1 coulomb de carga que pase a través de la superficie en 1 s. En la práctica con frecuencia se utilizan unidades más pequeñas de corriente, tales como el miliampere (1mA=10¯³A) y el microampere (1µA=10¯6 A).

Cuando las cargas fluyen a través de la superficie en la figura 4.1, pueden ser positivas, negativas o ambas. Por convención se escoge la dirección de la corriente como la dirección en la cual fluyen las cargas positivas. En un conductor como el cobre, la corriente se debe al movimiento de los electrones cargados negativamente. Por lo tanto, cuando hablamos de corriente en un conductor ordinario, como el alambre de cobre, la dirección de la corriente será opuesta a la dirección del flujo de electrones. Por otra lado, si uno considera un haz de protones cargados positivamente en un acelerador, la corriente está en la dirección del movimiento de los protones. En algunos casos, la corriente es el resultado del flujo de ambas cargas positiva y negativa. Esto ocurre, por ejemplo, en los semiconductores y electrólitos. Es común referirse al movimiento de cargas (positivas o negativas) como el movimiento de portadores de carga. Por ejemplo, los portadores de carga en un metal son los electrones. Resistencia

Es la oposición de un material al flujo de electrones. La resistencia R del conductor esta dada por :

R = V I

De este resultado se ve que la resistencia tiene unidades en el SI de volts por ampere. Un volt por un ampere se define como un ohm () :

1= 1 V/A

Es decir, si una diferencia de potencial de 1 volt a través de un conductor produce una corriente de 1 A, la resistencia del conductor es 1. Por ejemplo, si un aparato eléctrico conectado a 120 V lleva corriente de 6 A, su resistencia es de 20. Las bandas de colores en un resistor representan un código que representa el valor de la resistencia. Los primeros dos colores dan los dos primeros dígitos del valor de la resistencia el tercer color es el exponente en potencias de diez de multiplicar el valor de la resistencia. El último color es la tolerancia del valor de la resistencia. Por ejemplo, si los colores son naranja, azul, amarillo y oro, el valor de la resistencia es 36X104 o bien 360K, con una tolerancia de 18K (5%). Figura. 4.2.

4.2. Las bandas de colores en un resistor representan un código que representa el valor de la resistencia.

Código de colores para resistores.

Resistividad

El inverso de la conductividad de un material se le llama resistividad p :

p = 1 ô

Resistividades y coeficientes de temperatura para varios materiales.

Densidad de corriente

Considérese un conductor con área de sección trasversal A que lleva una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área. Como I = nqvdA, la densidad de corriente está dada por :

J = I A

donde J tiene unidades en el SI de A/m2. En general la densidad de corriente es una cantidad vectorial. Esto es,

J= nqvd

Con base en la definición, se ve también que la densidad de corriente está en la dirección del movimiento de las cargas para los portadores de cargas positivos y en dirección opuesta a la del movimiento de los portadores de carga negativos.

Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establecen en un conductor cuando una diferencia de potencial se mantiene a través del conductor. Si la diferencia de potencial es constante, la corriente en el conductor será también constante.

Con mucha frecuencia, la densidad de corriente en un conductor es proporcional al campo eléctrico en el conductor. Es decir,

J=ôE

Conductividad

Con mucha frecuencia, la densidad de corriente en un conductor es proporcional al campo eléctrico en el conductor. Es decir,

J=ôE

donde la constante de proporcionalidad ô se llama la conductividad del conductor. Los materiales cuyo comportamiento se ajustan a la ecuación anterior se dice que siguen la ley de Ohm, su nombre se puso en honor a George Simon Ohm.

4.5. Ley de Joule

Podemos describir el movimiento de los electrones en un conductor como una serie de movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra alguna de las partículas fijas del conductor.

Los electrones ganan energía cinética durante las trayectorias libres entre choques, y ceden a las partículas fijas, en cada choque, la misma cantidad de energía que habían ganado. La energía adquirida por las partículas fijas (que son fijas solo en el sentido de que su posición media no cambia) aumenta la amplitud de su vibración o sea, se convierte en calor.

Para deducir la cantidad de calor desarrollada en un conductor por unidad de tiempo, hallaremos primero la expresión general de la potencia suministrada a una parte cualquiera de un circuito eléctrico.

Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste experimenta un aumento de temperatura. Este efecto se denomina “efecto Joule”. Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de Joule.

Supongamos, como en un calentador eléctrico, que todo el trabajo realizado por la energía eléctrica es transformado en calor. Si el calentador funciona con un voltaje V y un intensidad I durante un tiempo t, el trabajo realizado es :

W=VIt

y como cada J equivale a 0,24 cal, la cantidad de calor obtenido será :

Q=0.24 VIt

V debe medirse en volts, I en amperes y t en segundos, para que el resultado esté expresado en calorías.

La ley de Joule enuncia que :

" El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente " .

Ejemplo 4.4.

Un fabricante de un calentador eléctrico portátil por inmersión, de 110V garantiza que si el calentador se sumerge en un recipiente lleno de agua ésta hervirá y en un minuto estará listo para hacer té. Calcule la potencia de salida del calentador. Que corriente fluirá por él?. Cual su resistencia ?

Suponga que el recipiente contiene 200 cm³ o sea 0.200kg de agua. Si la temperatura del agua disponible en el casa es de 10°C la diferencia de temperatura para que hierva será pT=90K. El suministro de energía calorífica que debe darse al agua está dado por :

donde c es la capacidad calorífica del agua expresada en joules y no kilocalorías. Como esta energía calorífica se transfiere al agua en un tiempo pt, la potencia de salida del calentador es :

Solución

El flujo de corriente por el calentador se puede determinar por la ecuación P=Vi. Así tenemos:

Mediante la ley de Ohm calculamos la resistencia , que es :

INTRODUCCIÓN

El paso de corriente eléctrica por las líneas de distribución y alimentación de energía eléctrica produce unas pérdidas caloríficas por efecto Joule debido a la resistencia óhmica que presentan los conductores. Cuando el proyectista de instalaciones determina la sección de las líneas eléctricas lo hace con criterios técnicos y de acuerdo con la normativa vigente recogida en el Reglamento Electrotécnico de BT y sus Instrucciones Complementarias. Para el caso de cables aislados, estos criterios técnicos son:

a) Calentamiento: la sección de la línea debe ser tal que el calentamiento producido en el conductor recorrido por la intensidad de régimen en servicio normal, no debe elevar su temperatura hasta valores que se consideran perjudiciales para el aislamiento que protege el conductor. Las temperaturas límite son diferentes para los distintos tipos de aislamientos empleados en cables de energía en BT, y vienen recogidos en la Norma UNE 21123. Para que no se sobrepasen estas temperaturas límites en el conductor, el Reglamento establece, en sus Instrucciones Técnicas Complementarias, las intensidades máximas admisibles para las distintas secciones de conductor (Cu o Al), y tipos de aislamiento, en unas condiciones de instalación predefinidas. Asimismo, define los coeficientes correctores que deben aplicarse a las intensidades máximas admisibles en caso de que se den condiciones de instalación diferentes a las predefinidas (agrupamiento de cables, temperatura ambiental, exposición al sol, etc.).

b) Caída de tensión: La impedancia que poseen las líneas eléctricas produce caídas de tensión a lo largo de ellas, de modo que la tensión en bornes de los receptores es algo inferior a la tensión que hay al principio de las líneas de alimentación. Los equipos eléctricos están diseñados para funcionar a una determinada tensión nominal, aunque admiten una cierta tolerancia. Dado que el material del conductor y la longitud de la línea vienen ya definidos por la propia instalación, solo podemos limitar las caídas de tensión adoptando una sección adecuada. El Reglamento establece en su Instrucción 017, que en las instalaciones interiores o receptores "la sección de los conductores a utilizar se determinará de forma que la caída de tensión entre el origen de la instalación y cualquier punto de utilización, sea menor del 3 por 100 de la tensión nominal en el origen de la instalación, para alumbrado, y del 5 por 100 de para los demás usos".

c) Cortocircuito: Las corrientes de cortocircuito calientan considerablemente, por efecto Joule, los conductores por los que circula (líneas, contactos de interruptores, bobinados de máquinas rotativas y transformadores, etc.), provocando en ellos temperaturas elevadísimas. El riesgo evidente es que todo lo que está en contacto con el conductor (como los aislamientos artificiales derivados del petróleo, el aceite de los transformadores), puede alcanzar una temperatura a la que pierda o reduzca sus propiedades como aislante, e incluso inflamarse si llega a su temperatura de ignición.

Evidentemente la instalación ha de calcularse para que pueda soportar sin daño los efectos térmicos. Refiriéndonos a los conductores que forman las líneas de BT, el proyectista debe asegurarse de que soportan los calentamientos debidos a los cortocircuitos máximos previstos, y esto se consigue: a) Dimensionando la sección del conductor para limitar la elevación de temperatura por debajo de la permitida según la Norma UNE 31123. b) Limitando el tiempo que ha de soportar la incidencia, lo que se consigue con protecciones eficaces que desconecten la instalación de la red y que actúan en milésimas de segundo. Si el tiempo de desconexión ya está delimitado, la sección se calcula considerando la elevación de temperatura máxima permisible por el aislamiento en contacto con el conductor. Uno de los tres criterios resulta ser el más exigente en cuanto a la sección necesaria de la línea y se adopta normalmente la sección que resulta de su aplicación.

PÉRDIDAS DE POTENCIA EN LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS DE BT

Las pérdidas de potencia en las líneas pueden suponer fracciones importantes de la potencia transportada por las mismas, aunque la sección de los conductores se haya calculado con los criterios técnicos apuntados anteriormente.

Estudiaremos a continuación las pérdidas de potencia para el caso de líneas de Cu, en distribución monofásica a 220 V y trifásica a 380 V, considerando un factor de potencia medio de 0,8. Las pérdidas de potencia relativa, expresada como porcentaje de la potencia eléctrica transportada por una línea, viene dada por:

Pp = 1,14 R I (%) distribución monofásica a 220 V. [1]

Pp = 0,57 R I (%) distribución trifásica a 380 V.

siendo: R la resistencia de la línea en , e I la intensidad circulante en Amperios.

Como vemos, la pérdida de potencia relativa, para una sección determinada, es linealmente dependiente de la intensidad circulante y de la longitud de la línea.

En la Tabla I se ha reflejado, para las distintas secciones comerciales de conductor y una longitud de 100 M de línea, la resistencia óhmica del conductor, la intensidad máxima admisible por calentamiento dada por el Reglamento para 3 cables unipolares RV 0,6/1 KV (MIBT 004, tabla V), y la pérdida de potencia relativa resultante (en %/Hm), cuando circula una intensidad igual a la referida máxima admisible por calentamiento.

En la figura 1 se ha representado, para las distintas secciones normalizadas de conductor, la pérdida de potencia relativa cuando circula por la línea (de 100M) la intensidad máxima admisible por calentamiento. Para otras intensidades o longitudes de línea la pérdida de potencia relativa se obtiene como fracción lineal de la que aparece en la figura siguiente. Se observa que la potencia perdida por calentamiento en los conductores, representa fracciones de la potencia transportada tanto mayores cuanto menor es la sección.

Para intensidades próximas a las máximas admisibles que fija el Reglamento se dan pérdidas elevadas en todas las secciones analizadas (siempre referidas a 100M de línea). En distribuciones monofásicas, esas pérdidas alcanzan el 25 por 100, mientras que en distribuciones trifásicas se reducen a la mitad. Para dar una idea clara de la magnitud de la potencia disipada en las líneas eléctricas, se ha representado en las figuras 2 (líneas monofásicas) y 3 (líneas trifásicas), la pérdida de potencia por unidad de longitud de línea (W/m) para las diferentes secciones comerciales, y dentro de cada una de ellas para intensidades 0, 2-0, 4-0, 6-0, 8-1 veces la intensidad máxima admisible por calentamiento.

La potencia perdida para cada sección de conductor es proporcional a la longitud de la línea y al cuadrado de la intensidad. Se puede concluir que cuando el criterio limitante del cálculo de la sección ha sido el calentamiento, y nos encontramos con intensidades próximas a las máximas admisibles, debe estudiarse la conveniencia de aumentar la sección para disminuir en parte las pérdidas de potencia. Para ello debe realizarse un análisis económico comparativo de las distintas soluciones posibles, análisis que se ha realizado para los casos más habituales de líneas eléctricas de BT y que se expone seguidamente.

COSTES ANUALES DE LA ENERGÍA PERDIDA EN LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS

Las pérdidas caloríficas en los conductores suponen unas pérdidas económicas que no siempre son tenidas en cuenta al proyectar las líneas de una instalación eléctrica. En efecto, la energía que se pierde en las líneas de distribución eléctrica son registradas por el contador de energía activa y contabilizadas en el recibo mensual que la Compañía Eléctrica factura al abonado.

En consecuencia cabe considerar un criterio económico a la hora de elegir la sección de las líneas eléctricas. Desde esta perspectiva, aparece la posibilidad de adoptar una sección de conductor mayor que la obtenida con los criterios técnicos, de forma que se disminuyan las pérdidas por calentamiento, lo que obliga a realizar un análisis económico contraponiendo los ahorros de facturación con el sobrecoste que supone la instalación de una línea mayor sección. Vamos a evaluar seguidamente el coste económico que suponen las pérdidas de potencia en las líneas. La energía que disipa una línea eléctrica durante un año, suponiendo una intensidad constante, puede obtenerse con la expresión.

E = n L R I2 H 10-6 (kWH/año) [2]

siendo:

n: número de hilos de la línea (Tres para líneas trifásicas y dos para monofásicas). L: longitud de la línea en m. R: resistencia de cada conductor de la línea en /km. I: intensidad circulante en A. H: horas al año durante las que circula la intensidad I.

Para cuantificar de alguna manera estas pérdidas energéticas, se ha representado en la figura 4, y para líneas monofásicas y trifásicas, la energía perdida por metro de línea, debido al paso de la Imáx durante mil horas de servicio.

En el caso de distribuciones monofásicas, las pérdidas de energía supone los 2/3 de las correspondientes a las líneas trifásicas. Dado que la energía perdida es proporcional al cuadrado de I, a intensidades de sólo la mitad de Imáx, corresponden unas pérdidas resultantes de dividir por 4 los valores de la gráfica. Aún así, vemos que el paso de intensidades cercanas a la intensidad máxima admisible por calentamiento, produce pérdidas de energía considerables en un tiempo relativamente corto (mil horas); entre 12 y 68 kWh según la sección para líneas trifásicas, y entre 8 y 45 kWh para líneas monofásicas. Se pone así de manifiesto la conveniencia de estudiar el aumento de sección de las líneas por razones exclusivamente económicas. Aumento de la sección del conductor. Ahorro económico Ya que estudiamos la conveniencia de aumentar la sección del conductor debemos obtener el ahorro anual que se obtiene por disminución de las pérdidas de energía que este hecho representa. La valoración económica de esa energía perdida se obtiene multiplicando la expresión [2] por el precio que tiene el kWh en la Tarifa con que se factura la energía de la instalación eléctrica, Cw. El ahorro anual en pesetas, por aumentar la sección de la línea, si, a una sección superior, ss, es:

AHORRO = n L (Ri – Rs) I2 H Cw 10-6 (ptas/año) [3]

siendo: Ri y Rs: resistencias óhmicas de cada hilo de la línea de sección inferior y superior respectivamente, en /km. Cw: coste de la energía, para la tarifa considerada, en ptas/kwh.

En la expresión anterior, se conocen todos los datos excepto el factor I2H, ya, que una línea puede conducir diferentes intensidades según qué períodos de tiempo a lo largo del día, o aún conduciendo siempre la misma intensidad (caso de líneas que alimentan un solo receptor o varios receptores con funcionamiento simultáneo), no siempre se conoce con exactitud el número de horas/año de funcionamiento. Por otro lado, aumentar la sección de la línea eléctrica supone un incremento de la inversión económica, incremento que puede obtenerse por diferencia de precio entre los cables de ambas secciones y entre las canalizaciones, en el caso de que el aumento de sección lleve aparejado la adopción de una canalización mayor.

INV = Cs – Ci (ptas) [4]

siendo: Cs y Ci los costes del cable y la canalización para las secciones de conductor superior e inferior, respectivamente.

CRITERIO ECONÓMICO PARA DETERMINAR LA SECCIÓN DE LAS LÍNEAS

Para valorar la conveniencia de adoptar una sección del conductor, superior a la obtenida con los criterios técnicos de cálculo, es preciso realizar una comparación entre el incremento de inversión, realizado el año en que entre en servicio la instalación, y los ahorros de facturación a lo largo de los años de servicio útil de la línea. El criterio económico que aconseja el aumento de la sección de la línea, es que la suma de todos los ahorros de facturación anuales en los N años de servicio, referidos a pesetas del primera año, debe ser superior al incremento de la inversión realizada. No es otra cosa que comprobar que el Valor Añadido Neto (VAN) de la inversión realizada es positivo. La suma de ahorros anuales durante N años se ha obtenido multiplicando el ahorro en pesetas del primera año (ecuación [3]) por la siguiente función económica de actualización: (i d) [5] F(N; i; d) = 1/(d-i)•[1-((1+i)/(1+d))N] siendo: d: coste de oportunidad del dinero (%/100). N: número de años de vida de la inversión (inst. eléctrica). La conveniencia de adoptar una sección superior viene determinada por la condición: F (N; i; d) •AHORRO> INV Es evidente que para cada sección de línea, y fijados los parámetros económicos, la condición anterior se cumplirá a partir de determinado valor I2H (ver ecuación [3]), lo que indica su dependencia del tipo de servicio que vaya a tener la línea en cuanto a la magnitud y duración del transporte de energía eléctrica.

Parámetros económicos considerados Los valores de las variables que se han supuesto económico, se indican a continuación: – Coste de la energía eléctrica: 14,37 ptas/kWh (Tarifa 3.0 1992). – Inflacción anual de la energía eléctrica: 4 por 100. – Coste de oportunidad del dinero: 11 por 100. – Período del análisis económico: quince años. – Precio de los diferentes tipos de cables y canalizaciones estudiados: ver tabla II.

Pérdida de potencia en la línea

Si nos referimos a líneas de BT, prácticamente todas las pérdidas de potencia se producen por el paso de la corriente eléctrica a través de la resistencia no nula de las líneas, es decir son pérdidas I2R por efecto Joule que designaremos por "p", con lo cual de la potencia suministrada desde el origen de la instalación, "P", el receptor consume P-p (fig. 1).

Fig.1.

El rendimiento de la transmisión será por tanto

Cuando se trata de transmitir una determinada potencia P, y se admite como máximo una perdida porcentual Pp%, esto equivale a decir que la línea va a disipar una potencia

Por otra parte la corriente que atraviesa una línea que transmite una potencia P y la potencia perdida, según se emplee la tensión de distribución V1 o V2 será:

Siendo:

como se trata de mantener la misma pérdida porcentual de potencia, Pp%, sobre una potencia dada a transmitir, P, se tendrá que:

con lo cual:

y de aquí, por tanto:

que corresponde a la ventaja que supone desde el punto de vista de la sección necesaria para transmitir una potencia la elevación de la tensión. Al igual que se hizo anteriormente siguiendo los otros dos criterios de dimensionamiento, vemos ahora para una línea existente dada (de sección S) la ventaja que supone, desde el punto de vista de potencia transmisible, el aumento de la tensión. En el primer caso se partía de una determinada potencia, P, y se obtenían dos secciones, S1 y S2 según se distribuyese a las tensiones V1 ó V2 respectivamente, ahora partimos de una sección dada, S, y se obtendrán dos potencias P1 y P2 según se distribuya a las tensiones V1 ó V2.

Despejando la pérdida porcentual de la expresión 1, y teniendo en cuenta que ahora va a ser una constante, se obtendrá:

y por tanto:

dónde ni R ni Z llevan subíndices por tratarse de la misma red .

Substituyendo en la anterior expresión las intensidades por sus valores se tendrá:

Quedando finalmente:

Comparacion de resultados

En la tabla I que sigue se presentan los resultados deducidos hasta ahora según los tres criterios de dimensionamiento, en filas, y para los dos supuestos: línea nueva con dos tensiones posibles y Potencia como constante (resultado: relación de secciones) y línea existente, dos tensiones posibles (resultado: relación de potencias), en columnas.

velocidad de variación del voltaje en el condensador. Por tanto, por un condensador cuya capacidad es de 2 faradios pasará el doble de intensidad que por uno de 1 faradio. En un condensador ideal, el voltaje está totalmente desfasado con la intensidad. Cuando el voltaje es máximo no fluye intensidad, porque la velocidad de cambio de voltaje es nula. La intensidad es máxima cuando el voltaje es nulo, porque en ese punto la velocidad de variación del voltaje es máxima. A través de un condensador circula intensidad —aunque no existe una conexión eléctrica directa entre sus placas— porque el voltaje de una placa induce una carga opuesta en la otra.

De los efectos indicados se deduce que si se aplica un voltaje alterno a una bobina o condensador ideales, no se consume potencia. No obstante, en todos los casos prácticos los circuitos de corriente alterna presentan resistencia además de autoinducción y capacidad, y se consume potencia. Esta potencia consumida depende de la proporción relativa de las tres magnitudes en el circuito.

Interesa, en ocasiones, conseguir que entre dos puntos de un circuito exista una resistencia determinada, de la que no disponemos en ese momento. Para solucionar el problema, asociamos resistencias, uniéndolas de distintas maneras que podemos resumir:

en serie

en paralelo

en asociación mixta.

En cada uno de los casos, se llama resistencia equivalente de la asociación a una resistencia única que equivale a las asociadas y puede sustituirlas sin producir modificación alguna al circuito.

Las fórmulas correspondientes a la asociación según el caso son las siguientes:

a) En serie

Cuando diferentes elementos de circuito se conectan en secuencia con una sola trayectoria para la corriente entre los puntos, decimos que están conectados en serie.

Si los resistores están en serie, la corriente I debe ser igual en todos ellos. La corriente no se "consume" conforme pasa por un circuito.

R = R1 + R2 + R3 + … + Rn = Ri

La resistencia equivalente a una asociación en serie es igual a la suma de las resistencias asociadas.

Aquí la resistencia equivalente es mayor que cualquiera de las resistencias individuales.

Ver Animación 4 sobre las conexiones en serie. Para conectar una serie de bombillas en serie, se conectan una a continuación de otra, es decir, positivo con negativo. Tiene un inconveniente que cuando se rompe una se apagan todas. Ahora bien conectándolas así toda la INTENSIDAD del circuito se mantiene.

b) En paralelo

Cuando cada resistor proporciona una trayectoria alternativa entre los puntos decimos que están conectados en paralelo.

Si los resistores están en paralelo, la corriente en cada resistor no necesariamente es igual, pero la diferencia de potencial entre los terminales de cada resisor debe ser la misma.

La corriente total I debe ser igual a la suma de las corrientes en los resistores.

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn = 1/Ri

La inversa de la resistencia equivalente a una asociación en paralelo es igual a la suma de las inversas de las resistencias asociadas.

La resistencia equivalente siempre es menor que cualquiera de las individuales.

Ver Animación 5 sobre las conexiones en paralelo. Para conectar una serie de bombillas en paralelo, la conexión entre ellas debe de ser positivo con positivo y negativo con negativo, de forma que si se rompe una, las demás no se apagan. Pero al formar todas estas bifurcaciones la intensidad se va repartiendo entre todas las bombillas de tal forma que si pusieramos muchas la última no luciría.

LEY DE JOULE

La ley de Joule permite calcular la energía disipada en forma de calor en un conductor. Su expresión matemática es Q = I2 · R · t, siendo R la resistencia en ohms, I la intensidad de corriente en amperios y t el tiempo en segundos.

Para elevar la temperatura del agua en 1 ºC se necesitan 4,2 J por cada gramo. Se trata de determinar, aplicando la ley de Joule, el valor de la resistencia eléctrica que debe tener un calentador eléctrico para que, conectado a un enchufe de 220 V, sea capaz de elevar la temperatura de un litro de agua de 15 ºC a 80 ºC en cinco minutos.

La energía calorífica necesaria para elevar la temperatura del agua de 15 ºC a 80 ºC será:

Q = 1000 · (80 – 15) · 4,2 = 2,73 · 105 J

pues un litro de agua corresponde a un kilogramo de masa y 4,2 representa el calor en joules por gramo y grado centígrado (calor específico).

Dado que se dispone del valor de la tensión, pero no de la Intensidad, será necesario transformar la ley de Joule de modo que en la fórmula correspondiente aparezca aquélla y no ésta. Recurriendo a la ley de Ohm V = I · R se tiene:

Despejando R y sustituyendo los valores conocidos resulta:

POTENCIA ELECTRICA

La energía eléctrica We que suministra un generador al circuito eléctrico depende de la cantidad de carga que lo atraviese. Dado que la fuerza electromotriz de un generador representa la energía que suministra al circuito por cada unidad de carga que lo atraviesa, se podrá escribir:

es decir:

Pero de acuerdo con la definición de intensidad eléctrica, la carga eléctrica q se puede escribir como el producto de la intensidad por el tiempo (10 · 1); luego la energía eléctrica suministrada por el generador al circuito en un tiempo t vendrá dada por la expresión:

La potencia P de un generador representa la energía eléctrica que cede al circuito por unidad de tiempo, es decir:

Combinando las anteriores ecuaciones resulta para P la expresión:

Al igual que la potencia mecánica, la potencia eléctrica se expresa en watts (W).

Efectos caloríficos de la corriente eléctrica. Ley de Joule

El calentamiento de los conductores por el paso de la corriente eléctrica fue uno de los primeros efectos observados por los científicos estudiosos de los fenómenos eléctricos, sin embargo, habría de pasar algún tiempo antes de que se conociera la magnitud de tal efecto calorífico y los factores de los que depende. J. P. Joule (1818-1889) se interesó desde joven en la medida de temperaturas de motores eléctricos, lo que le permitió hacia 1840 encontrar la ley que rige la producción de calor por el paso de una corriente eléctrica a través de un conductor.

La ley de Joule establece que la cantidad de calor producida es directamente proporcional a la resistencia R del conductor, al cuadrado de la intensidad de corriente I que lo atraviesa y al tiempo t. Es decir:

Q = I2 · R · t (10.8)

El efecto calorífico, también llamado efecto Joule, puede ser explicado a partir del mecanismo de conducción de los electrones en un metal. La energía disipada en los choques internos aumenta la agitación térmica del material, lo que da lugar a un aumento de la temperatura y a la consiguiente producción del calor. La ley de Joule, por su parte, puede ser enfocada como una consecuencia de la interpretación energética de la ley de Ohm. Si I · R representa la energía disipada por cada unidad de carga, la energía total que se disipa en el conductor en forma de calor, cuando haya sido atravesado por una carga q, será:

Q = q · I · R

Pero dado que q = I · t, se tiene finalmente:

Q = I2 · R · t

que es precisamente la ley de Joule.

La potencia calorífica representa el calor producido en un conductor en la unidad de tiempo. Su expresión se deduce a partir de la ley de Joule en la forma:

Puesto que el calor es una forma de energía, se expresa en joules (J) y la potencia calorífica en watts (W).

Cuando se combinan las ecuaciones (10.9) y (10.3) resulta otra expresión para la potencia eléctrica consumida en un conductor:

P = IR · I = I · V (10.10)

Fuerza electromotriz y diferencia de potencial

La noción de fuerza electromotriz de un generador como energía que comunica el circuito por cada unidad de carga que lo atraviesa, está referida a un generador ideal o puro. En tal caso toda la energía que produce el generador la cede íntegramente al circuito, por lo cual la fuerza electromotriz e coincide exactamente con la diferencia de potencial V constante que mantiene entre sus bornes:

En realidad, una pila, una batería o un alternador son en sí mismos elementos conductores que forman parte del circuito por donde pasa la corriente y en mayor o menor medida oponen, como tales, una cierta resistencia al movimiento de las cargas.

Ello significa que el generador, al formar parte del circuito, se calienta y disipa, por tanto, una cierta cantidad de calor. La idea de balance de energía a la que equivale la interpretación de la ley de Ohm en términos energéticos puede entonces extenderse al caso de un generador con el propósito de encontrar la relación entre e y V en esta nueva situación. Aplicando la conservación de la energía por unidad de carga a los extremos del generador, se tiene:

que en forma de símbolos resulta ser:

Esta ecuación se conoce como ley de Ohm generalizada a un generador y permite determinar la diferencia de potencial que es capaz de mantener entre sus bornes un generador real, esto es, con resistencia interna r no despreciable.

Datos personales:

Andres Gonzalo Constante Murillo

papipapicm[arroba]hotmail.com

Estudiante de Segundo Año de Igienieria de Sistemas

Universidad Laica Eloy Alfaro de Manta

Manta – Manabi – Ecuador