Corriente Electrica

CORRIENTE ELECTRICA

INTEGRANTES: PAULA BERTOLINI MARIANA GEORGINI ADRIAN GARCIA M. DE LOS ANGELES PELLICHERO AGUSTIN MARTINEZ TAMARA JAIME TEMAS DE CORRIENTE ELECTRICA ¿QUE ES LA CORRIENTE ELECTRICA ? TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA: A- C. ALTERENA B- C. CONTINUA C- C. ESTATICA REQUISITOS DE CIRCULACION DE LA COORIENTE ELECTRICA: A- FUENTE DE FUERZA ELECTROMOTRIZ B-CONDUCTOR C-CARGA O RESISTENCIA D-SENTIDO DE CIRCULACION EL AMPERE, DEFINICION PROTECCION Y RIESGOS CONTRA CIRCUITOS CON CORRIENTE EL CORTOCIRCUITO ¿QUÉ ES? A- DISPOSITIVOS DE PROTECCION ENERGIA MONOFASICA Y TRIFASICA LEY DE COULOMB LEY DE OHM CIRCUITO ELECTRICO ¿ QUE ES ? A- COMPONENTES B-FUNCIONAMIENTO BIBLIOGRAFIA: /www.kalipedia.com /www.asifunciona.com /www.mailxmail.com /www.jfinternational.com

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LA CORRIENTE ELÉCTRICA Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz

En un circuito eléctrico cerrado la. corriente circula siempre del polo. negativo al polo positivo de la. fuente de fuerza electromotriz, Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas. Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa o continua y corriente alterna . La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.

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Gráfico de una corriente directa (C.D.) o continua (C.C.).

Gráfico de la sinusoide que posee una corriente alterna (C.A.).

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa también se le llama "corriente continua" . La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna. En los países de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los países de América la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.

Corriente continua y corriente alterna. La corriente continua se define como aquella que una ves conectada a un circuito esta circula con un valor constante en un sentido. Desde el punto de vista del movimiento de las cargas negativas o electrones esta será de negativo a positivo. La corriente

La corriente alterna por su parte es diferente ya que la misma varia su valor entre 0 y un valor máximo determinado, luego disminuye asta llegar nuevamente a 0. Cambia el sentido de circulación aumentando desde 0 hasta llegar asta su valor máximo determinado y nuevamente decrece asta

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llegar a cero para cambiar nuevamente de sentido. En la gráfica el tiempo (t) se encuentra en el eje de las x y la corriente (I) en eje de las y. Cada variación de intensidad entre un valor 0, su valor máximo y su valor nuevamente 0 se denomina hemiciclo. De esta manera tendremos un hemiciclo positivo y un hemiciclo negativo. La reunión de los dos hemiciclos se denomina ciclo. El tiempo que demora un ciclo, se denomina período. La cantidad de ciclos que acontecen en una unidad de tiempo (segundo) se denomina Frecuencia. La frecuencia se mide en ciclos por segundo o Herz y podrá encontrar representada la magnitud como Hz. Si en un circuito encontramos solo uno de los hemiciclos, decimos que la corriente no es alterna ni continua sino que se denomina pulsante.

Corrientes continua y alterna La corriente continua (CC o DC) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido, el cual es desde el polo negativo de la fuente al polo positivo. Al desplazarse en este sentido los electrones, los huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo. Por convenio, se toma como corriente eléctrica al flujo de cargas positivas, aunque éste es a consecuencia del flujo de electrones, por tanto el sentido de la corriente eléctrica es del polo positivo de la fuente al polo negativo y contrario al flujo de electrones y siempre tiene el mismo signo. La corriente continua se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de ésta (de signo continuo), y en la gráfica V-t (tensión tiempo) se representa como una línea recta de valor V. Ej: Corriente de +1v

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En la corriente alterna (CA o AC), los electrones no se desplazan de un polo a otro, sino que a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su centro, dentro de un mismo entorno o amplitud, a una frecuencia determinada (número de oscilaciones por segundo). Por tanto, la corriente así generada (contraria al flujo de electrones) no es un flujo en un sentido constante, sino que va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones. En la gráfica V-t, la corriente alterna se representa como una curva u onda, que puede ser de diferentes formas (cuadrada, sinusoidal, triangular..) pero siempre caracterizada por su amplitud (tensión de cresta positiva a cresta negativa de onda), frecuencia (número de oscilaciones de la onda en un segundo) y período (tiempo que tarda en dar una oscilación). Ej: Corriente de 2Vpp (pico a pico) de amplitud, frecuencia 476'2 Hz (oscil/seg)

ELECTRICIDAD ESTATICA La corriente estática aparece principalmente por el efecto de la fricción entre dos cuerpos. Este efecto se da, por ejemplo, cuando se camina sobre una alfombra, cuando una persona se peina, el roce entre el peine y el cabello causa que un cuerpo pierda y el otro gane electrones, etc. Cuando hay contacto entre dos cuerpos hay electrones de un cuerpo que pasan al otro, de manera que un cuerpo queda con más electrones y en consecuencia más negativo y otro con menos electrones (los electrones que acaba de perder) y en consecuencia más positivo. Como no existe un camino para que los electrones regresen al cuerpo original, este desbalance se mantiene. En caso de que el rozamiento no se mantuviera, la electricidad estática desaparecería poco a poco. Si este proceso (de carga eléctrica), de que un cuerpo pierda electrones para que otro lo gane, continúa el desbalance se hace mayor y mayor hasta que llegará un

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momento en que la descarga se produce y estos electrones buscan el camino de regreso a su estado anterior. Un caso por todos conocido son los rayos que saltan de una nube a otra o que saltan a la tierra. Esta diferencia de voltaje (diferencia de potencial) creada por el roce entre nubes se hace muy grande al punto que se crea un arco de corriente que todos llamamos rayo.

REQUISITOS PARA QUE CIRCULE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres factores fundamentales:

1. Fuente de fuerza electromotriz. 2. Conductor. 3. Carga o resistencia conectada al circuito. 4. Sentido de circulación de la corriente eléctrica.

1-Una fuente de fuerza electromotriz como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico. 2-Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de cobre. 3-Una carga o consumidor conectada al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o lámpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor vcc vc v (calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica. 4-Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circulación de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma general todos los circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando

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un interruptor que se instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito con la finalidad de impedir su paso cuando se acciona manual, eléctrica o electrónicamente.

EL AMPERE De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente eléctrica en ampere ( A ) que circula por un circuito está estrechamente relacionada con el voltaje o tensión ( V ) y la resistencia en ohm (

) de la carga o consumidor conectado al circuito.

Definición del ampere Un ampere se define como la corriente que produce una tensión de un volt , cuando se aplica a una resistencia de un ohm . Un ampere equivale una carga eléctrica de un coulomb por segundo ( 1C/seg ) circulando por un circuito eléctrico, o lo que es igual, 6 300 000 000 000 000 000 = ( 6,3 · 1018 ) (seis mil trescientos billones) de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho circuito. Por tanto, la intensidad ( I ) de una corriente eléctrica equivale a la cantidad de carga eléctrica ( Q ) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de tiempo. Los submúltiplos más utilizados del ampere son los siguientes: miliampere ( mA ) = 10-3 A = 0,001 ampere microampere ( mA ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 ampere

PROTECCIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS Se debe aclarar que las tensiones o voltajes que suministran los equipos o dispositivos que trabajan con< baterías no representan ningún riesgo para la vida humana; sin embargo cuando se realizan trabajos en< una red eléctrica industrial o doméstica, la cosa cambia, pues un “shock” eléctrico que se reciba por< descuido, más conocido como "calambrazo" o "corrientazo", puede llegar a electrocutar a una persona y< costarle la vida, incluso tratándose de voltajes bajos como 110 volt. Por esa razón nunca serán< excesivas todas las precauciones que se tomen cuando asumamos la tarea de realizar una reparación< en el circuito eléctrico de la casa. La primera regla que nunca se debe violar antes de acometer un trabajo de electricidad es cortar el suministro eléctrico accionando manualmente el dispositivo principal de entrada de la corriente a la casa, sea éste un diferencial, un interruptor automático, un interruptor de cuchillas con fusibles o cualquier otro mediante el cual se pueda interrumpir el paso de la corriente eléctrica hacia el resto de la casa. No obstante, siempre se debe verificar con una lámpara neón si realmente no llega ya corriente al lugar donde vamos a trabajar, porque en ocasiones hay líneas eléctricas divididas por secciones, por lo que al desconectar una el resto queda todavía con corriente.

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Cuando trabajamos con corriente eléctrica nunca está de más tomar el máximo de precauciones.< Siempre<es recomendable comprobar después que hayamos desconectado la línea de suministro< eléctrico, que no llega ya la corriente al lugar donde vamos a trabajar utilizando para ello una lámpara< neón, como se puede apreciar en la foto. En este ejemplo la lámpara neón se encuentra incorporada< dentro del cabo plástico de un destornillador. Si al tocar cualquier punto de conexión o extremo de un< cable desnudo con la punta del destornillador se enciende la lámpara, será una señal de que ahí hay< corriente eléctrica todavía. Para que la lámpara se encienda cuando hay corriente, debemos tocar< también con el dedo índice el extremo metálico del mango del destornillador. Cuando se trata de reparar un equipo eléctrico o un electrodoméstico cualquiera, igualmente la primera precaución que será necesario tomar es desconectarlo de su enchufe a la corriente eléctrica antes de proceder a abrirlo. Pero si, además, se trata de un equipo electrónico, sobre todo un televisor, habrá que esperar varios minutos antes de abrir la caja, porque en esos equipos existen determinados puntos o conexiones en los circuitos correspondientes al tubo de rayos catódicos (pantalla), que conservan una carga de tensión o voltaje muy alto, pudiendo electrocutar a una persona si se tocan accidentalmente antes de que los filtros electrolíticos se auto descarguen por completo.

Toda instalación eléctrica tiene que estar dotada de una serie de protecciones que la hagan segura, tanto desde el punto de vista de los conductores y los aparatos a ellos conectados, como de las personas que han de trabajar con ella. Existen muchos tipos de protecciones, que pueden hacer a una instalación eléctrica completamente segura ante cualquier contingencia, pero hay tres que deben usarse en todo tipo de instalación: de alumbrado, domesticas, de fuerza, redes de distribución, circuitos auxiliares, etc., ya sea de baja o alta tensión. Estas tres protecciones eléctricas, que describiremos con detalle a continuación son: a) Protección contra cortocircuitos. b) Protección contra sobrecargas. c) Protección contra electrocución.

- PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS Se denomina cortocircuito a la unión de dos conductores o partes de un circuito eléctrico, con una diferencia de potencial o tensión entre si, sin ninguna impedancia eléctrica entre ellos. Este efecto, según la Ley de Ohm, al ser la impedancia cero, hace que la intensidad tienda a infinito, con lo cual peligra la integridad de conductores y máquinas debido al calor generado por dicha intensidad, debido al efecto Joule. En la práctica, la

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intensidad producida por un cortocircuito, siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy pequeña, nunca es cero. I = V / Z ( si Z es cero, I = infinito) Según los reglamentos electrotécnicos, "en el origen de todo circuito deberá colocarse un dispositivo de protección, de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en la instalación". No obstante se admite una protección general contra cortocircuitos para varios circuitos derivados. Los dispositivos mas empleados para la protección contra cortocircuitos son: Fusibles calibrados (también llamados cortacircuitos), o Interruptores automáticos magnetotérmicos

Fusibles o cortacircuitos Los fusibles o cortacircuitos, según se ve en la figura 16.1, no son más que una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno. Antiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito. Actualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo cual se evita la dispersión del material fundido; por tal motivo también se denominan cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado.

Interruptores automáticos, magnetotérmicos Estos dispositivos, conocidos abreviadamente por PIA (Pequeño Interruptor Automático), se emplean para la protección de los circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles, ya que tienen la ventaja de que no hay que reponerlos; cuando desconectan debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando. Según el numero de polos, se clasifican éstos en: unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares. Estos últimos se utilizan para redes trifásicas con neutro. En la figura 16.3, se ve la parte correspondiente a una fase de uno de estos interruptores, dibujado en sección, para que se vean mejor sus principales órganos internos. Estos aparatos constan de un disparador o desconectador magnético, formado por una bobina, que actúa sobre un contacto móvil, cuando la intensidad que la atraviesa su valor nominal (In). Éste es el elemento que protege la instalación contra cortocircuitos, por ser muy rápido su funcionamiento, y cada vez que

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desconecta por este motivo debe de rearmarse (cerrar de nuevo el contacto superior), bien sea manual o eléctricamente. También poseen un desconectador térmico, formado por una lámina bimetálica, que se dobla al ser calentada por un exceso de intensidad, y aunque mas lentamente que el dispositivo anterior, desconecta el contacto inferior del dibujo. Esta es la protección contra sobrecargas y su velocidad de desconexión es inversamente proporcional a la sobrecarga. Cuando la desconexión es por efecto de una sobrecarga, debe de esperarse a que enfríe la bilámina y cierre su contacto, para que la corriente pase de nuevo a los circuitos protegidos. Los interruptores automáticos magnetotérmicos, se emplean mucho domésticamente y para instalaciones de Baja Tensión en general y suelen fabricarse para intensidades entre 5 y 125 amperios, de forma modular y calibración fija, sin posibilidad de regulación. Para intensidades mayores, en instalaciones industriales, de hasta 1.000 A o mas, suelen estar provistos de una regulación externa, al menos para el elemento magnético, de protección contra cortocircuitos.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS Entendemos por sobrecarga al exceso de intensidad en un circuito, debido a un defecto de aislamiento o bien, a una avería o demanda excesiva de carga de la máquina conectada a un motor eléctrico. Las sobrecargas deben de protegerse, ya que pueden dar lugar a la destrucción total de los aislamientos, de una red o de un motor conectado a ella. Una sobrecarga no protegida degenera siempre en un cortocircuito. Según los reglamentos electrotécnicos "Si el conductor neutro tiene la misma sección que las fases, la protección contra sobrecargas se hará con un dispositivo que proteja solamente las fases, por el contrario si la sección del conductor neutro es inferior a la de las fases, el dispositivo de protección habrá de controlar también la corriente del neutro". Además debe de colocarse una protección para cada circuito derivado de otro principal. Los dispositivos mas empleados para la protección contra sobrecargas son: Fusibles calibrados, tipo gT o gF (nunca aM) Interruptores automáticos magnetotérmicos (PIA) Relés térmicos Para los circuitos domésticos, de alumbrado y para pequeños motores, se suelen emplear los dos primeros, al igual que para los cortocircuitos, siempre y cuando se utilice el tipo y la calibración apropiada al circuito a proteger. Por el contrario para los motores trifásicos se suelen emplear los llamados relés térmicos, cuya construcción, funcionamiento y utilización se verán en el capitulo siguiente.

- PROTECCIÓN CONTRA ELECTROCUCIÓN Peligros de la corriente eléctrica Bajo los efectos de una corriente eléctrica, puede sobrevenir la muerte de una persona, por las causas siguientes: Paralización del corazón Atrofia de los músculos del tórax (asfixia) Carbonización de los tejidos Electrólisis de la sangre (solamente en c.c.), etc Aunque los cuerpos humanos reaccionan de diferente manera unos de otros y dependiendo de las condiciones del momento, podemos decir que la corriente eléctrica empieza a ser peligrosa, cuando atraviesan el cuerpo humano más de 25 mA, durante más de 0,2 segundos. Se ha comprobado que la resistencia del cuerpo humano, con piel sana y seca, depende de la tensión que se le aplique, pudiendo variar entre 2.500 y 100.000 ohmios. Esta resistencia también disminuye debido a la humedad, la transpiración, las heridas superficiales, al aumentar la masa muscular de las personas, si el

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contacto es inesperado, etc. También y por causas aun desconocidas se sabe que en las altas frecuencias la corriente eléctrica deja de ser peligrosa para el cuerpo humano (a partir de unos 7.000 Hz aproximadamente), y por tal motivo se emplea mucho en electromedicina. Debido a todo lo anteriormente expuesto, cuando se hacen cálculos sobre la seguridad contra electrocución, y con el fin de trabajar con un buen margen de seguridad, se considera que la resistencia del cuerpo humano es de 1.000 ohmios. Por eso los reglamentos electrotécnicos fijan como tensiones peligrosas, exigiendo la instalación de protecciones contra electrocución, las siguientes: 50 V, con relación a tierra, en locales secos y no conductores. 24 V, con relación a tierra, en locales húmedos o mojados. 15 V, en instalaciones para piscinas Sistemas de protección contra electrocución Frente a los peligros de la corriente eléctrica, la seguridad de las personas, ha de estar fundamentada en que nunca puedan estar sometidas involuntariamente a una tensión peligrosa. Por tal motivo, para la protección contra electrocución deben de ponerse los medios necesarios para que esto nunca ocurra. La reglamentación actual clasifica las protecciones contra contactos indirectos, que pueden dar lugar a electrocución en dos clases: Clase A: Esta clase consiste en tomar medidas que eviten el riesgo en todo momento, de tocar partes en tensión, o susceptibles de estarlo, y las medidas a tomar son: Separación de circuitos Empleo de pequeñas tensiones de seguridad (50, 24 o 15 V) Separación entre partes con tensión y masas metálicas, por medio de aislamientos Inaccesibilidad simultanea entre conductores y masas Recubrimiento de las masas con elementos aislantes Conexiones equipotenciales Clase B: Este sistema que es el mas empleado, tanto en instalaciones domésticas como industriales, consiste en la puesta a tierra de las masas, asociada a un dispositivo de corte automático (relé o controlador de aislamiento), que desconecte la instalación defectuosa. Por ello se emplean principalmente dos tipos de protecciones diferentes, a saber: Puesta a tierra de las masas Relés de control de aislamiento, que a su vez pueden ser:

Interruptores diferenciales, para redes con neutro a tierra. Relés de aislamiento, para redes con neutro aislado A continuación pasamos a describir las dos protecciones mas empleadas, tanto doméstica como industrialmente, que son: El interruptor diferencial y la puesta a tierra de las masas, puesto que casi siempre se emplean redes de distribución con el neutro accesible y puesto a tierra, bien sea directamente o a través de una pequeña impedancia.

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PUESTA A TIERRA DE LAS MASAS Se denomina puesta a tierra a la unión eléctrica, entre todas las masas metálicas de una instalación y un electrodo, que suele ser generalmente una placa o una pica de cobre o hierro galvanizado (o un conjunto de ellos), enterrados en el suelo, con el fin de conseguir una perfecta unión eléctrica entre masas y tierra, con la menor resistencia eléctrica posible, como se ve en la figura 16.4. Con esto se consigue que en el conjunto de la instalación no puedan existir tensiones peligrosas entre masas y tierra. Con la puesta a tierra se trata que las corrientes de defecto a tierra (Id), tengan un camino más fácil, que el que tendría el cuerpo de una persona que tocara la carcasa metálica bajo tensión. Por tanto como la red de tierras ha de tener una resistencia mucho menor que la del cuerpo humano, la corriente de defecto circulará por la red de tierra, en vez de hacerlo por el cuerpo de la persona, tal como se aprecia en la figura 16.5. En las instalaciones industriales deben de realizarse tomas de tierra independientes para: las masas metálicas de los aparatos eléctrico, para la conexión de los neutros de los transformadores de potencia y para la conexión de los descargadores o pararrayos. En las instalaciones domésticas y de edificios en general se conectarán a la toma de tierra: Las instalaciones de pararrayos Las instalaciones de antenas, tanto de TV como de FM Los enchufes eléctricos y las masas metálicas de aseos, baños y cocinas Las instalaciones ejecutadas con tubos metálicos de: fontanería, calefacción y gas, así como calderas, depósitos, instalaciones de ascensores y montacargas, y en general todo elemento metálico que pueda entrar en contacto con un cable bajo tensión Las estructuras metálicas y las armaduras de columnas y muros de hormigón.

EL CORTOCIRCUITO Si por casualidad en un circuito eléctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metálica de dos conductores de diferente polaridad que hayan perdido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito se anula y el equilibrio que proporciona la Ley de Ohm se pierde. El resultado se traduce en una elevación brusca de la

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intensidad de la corriente, un incremento violentamente excesivo de calor en el cable y la producción de lo que se denomina “cortocircuito”. La temperatura que produce el incremento de la intensidad de corriente en ampere cuando ocurre un cortocircuito es tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo de que se trate si éste se produce en su interior, o llegar, incluso, a producir un incendio. Cortocircuito producido por la unión accidental de dos< cables o conductores de polaridades diferentes. Dispositivos de protección contra los cortocircuitos Para proteger los circuitos eléctricos de los “cortocircuitos” existen diferentes dispositivos de protección. El más común es el fusible. Este dispositivo normalmente posee en su interior una lámina metálica o un hilo de metal fusible como, por ejemplo, plomo. Cuando el fusible tiene que soportar la elevación brusca de una corriente en ampere, superior a la que puede resistir en condiciones normales de trabajo, el hilo o la lámina se funde y el circuito se abre inmediatamente, protegiéndolo de que surjan males mayores. El resultado de esa acción es similar a la función que realiza un interruptor, que cuando lo accionamos deja de fluir de inmediato la corriente.

Diferentes tipos de fusibles comparados su tamaño con una moneda de un euro. De izquierda a derecha, fusible de cristal con un fino alambre en su interior que se funde cuando ocurre un cortocircuito. A continuación un fusible de cerámica. A su lado se puede observar la lámina fusible que contiene en su interior. Le sigue un fusible de cerámica tipo tapón con rosca y lámina de plomo en su interior. Finalmente un cartucho de cerámica empleado para soportar corrientes más altas que los anteriores. Los fusibles se utilizan, principalmente, para proteger circuitos de equipos electrónicos y en las redes eléctricas de las industrias. Para proteger la línea de corriente eléctrica que llega hasta nuestras casas, en muchos lugares estos sencillos dispositivos se han sustituido por interruptores diferenciales e interruptores automáticos, que realizan la misma función que el fusible, pero que no hay que sustituirlos por otro nuevo cuando ocurre un cortocircuito. En la foto de la derecha se puede ver un interruptor automático de protección contra cortocircuitos. Cuando los circuitos están protegidos por un diferencial y por interruptores automáticos, una vez que queda resuelta la avería que ocasionó que se abriera el circuito, solamente será necesario accionar su palanquita, tal como se hace con cualquier interruptor común, y se restablecerá de nuevo el suministro de corriente. Tanto los fusibles como los dispositivos automáticos se ajustan de fábrica para trabajar a una tensión o voltaje y a una carga en ampere determinada, para lo cual incorporan un dispositivo térmico que abre el mecanismo de conexión al circuito cuando la intensidad de

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la corriente sobrepasa los límites previamente establecidos.

La energía eléctrica trifásica en realidad son tres líneas monofásicas.

Como podemos observar, en el grafico, hay una línea imaginaria, que separa dos sectores, que forman el sistema de líneas trifásicas: 1. El sector reductor, y distribuidor, donde esta el transformadores reductor, cuyas bobinas L1, L2, L3, NOS ENTREGAN LAS TRES FASES, RST, y un neutro. 2. Sector de aplicación, que es donde la empresa nos entrega los cuatros conductores, a través de medidores, a la entrada de la instalación. Hasta, aquí, la responsabilidad, la calidad, de la energía, y el mantenimiento, es responsabilidad exclusiva de la empresa proveedora. Desde el sistema de medidores, hacia el interior de la instalación, la responsabilidad, es exclusiva del propietario. Si la instalación es importante, mayor de 20 KVA, la empresa puede entregar, una tensión, media, de arriba los 15 Kv, y luego la elaboración, la reducción, a 380, 220, se encarga el usuario. Como vemos, la trifásica, podemos decir, que es la monofásica, que ya conocemos `´triplicada´´, por lo cual, tendremos todas las energías monofásicas multiplicada por tres. Es decir, si usamos las tres junta para el mismo trabajo, o carga, tendremos triple potencia, en el campo que ante teníamos las variables de una sola fase. Por ejemplo, EN MONOFASICA, tenemos: 1. Una corriente activa 2. Una corriente reactiva positiva o inductiva, que genera el CEM, que podemos transformar, en energía mecánica o HP, por medio de un motor. 3. Una corriente reactiva negativa, o Capacitiva, que como sabemos compensa, la reactiva positiva. 4. Una Impedancia ( Z ),que permite regular la corriente. 5. Una fase, entre corriente y tensión. La protección, es de un solo diferencial.

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Es decir, si tenemos conectados a la alimentación trifásica, tres líneas monofásicas. Tendremos que colocar tres diferenciales, a la entrada, uno cada fase, y luego cada línea tendrá su tablero secundario, de la que se tendrá el control de todas las sub líneas.

LEY DE COULOMB Esta ley estableció nuevos principios eléctricos hallados por el. Su ley la formulo tras efectuar algunos experimentos que se resumen a continuación. Para esta ley usó pequeñas esferas con distintas cargas de las que no conocía la carga exactamente, sino la relación de las cargas. Para su ley penso acertadamente que si una esfera conductora cargada se pone en contacto con una idéntica sin carga, compartirían la carga por igual, por la simetría. Para su ley con esto tenía la manera para producir cargas iguales a ½, ¼, etc., respecto a la carga original. Manteniendo constante la separación entre las cargas, observó que si la carga en una esfera se duplicaba, la fuerza se duplicaba; y si la carga en ambas esferas se duplicaba, la fuerza aumentaba a cuatro veces su valor original. Si variaba la distancia entre las cargas, encontró que la fuerza disminuía con el cuadrado referido a la distancia entre ellas, esto es, si se duplicaba la distancia, la fuerza bajaba a la cuarta parte en su valor original. Esta ley postula que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias es: • • •

inversamente proporcional al cuadrado aplicado a la separación r entre las partículas y está dirigida a lo largo en la línea que las une. proporcional al producto en las cargas q1 y q2. atractiva si las cargas tienen signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen igual signo.

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Balanza de torsión Está formada por una esfera cargada y sujeta a una varilla, también cargada, pero de signo contrario. La fuerza de la carga de la esfera tuerce la varilla. Para recuperar la distancia original, hay que girar el cabezal de suspensión en sentido contrario. Así se dedujo la ley de Coulomb.

Coulomb construyó una balanza de torsión con la que realizó medidas que le permitieron establecer la ley que lleva su nombre.

Ley de Ohm Una de las leyes más importantes de la electricidad fue enunciada en 1826 por el físico alemán George Ohm. Descubrió que en los circuitos eléctricos se daban unas sencillas relaciones entre el voltaje, la intensidad de la corriente y la resistencia. Ohm observó dos interesantes parámetros: 1- Que sin variar la resistencia, la intensidad de corriente en un circuito aumentaba proporcionalmente al aumentar el voltaje. 2- Que sin variar el voltaje, la intensidad de corriente en un circuito disminuía cuando se aumentaba la resistencia. Las dos relaciones que Ohm observó constituyen en síntesis la ley que lleva su nombre, considerada como la más básica de los circuitos eléctricos. Esta ley se enuncia de la siguiente forma: La intensidad que circula por un circuito varía en forma directamente proporcional a la variación del voltaje, y en forma inversamente proporcional a la variación de la resistencia. De este enunciado se deduce, que cuando aumenta o disminuye el voltaje, aumenta o disminuye igualmente la intensidad de corriente en la misma proporción. Por su parte, cuando lo que aumenta o disminuye es la resistencia, entonces la intensidad de corriente también lo hace proporcionalmente, pero a la inversa. Matemáticamente, la ley de Ohm se expresa así:

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Donde I es la intensidad de corriente expresada en amperios (A), E la fuerza electromotriz o voltaje expresada en voltios (V), y R la resistencia expresada en ohmios (Ω). Así pues, amperios = voltios dividido entre ohmios. Podemos demostrar esta ley haciendo un sencillo cálculo sobre un circuito serie:

En este circuito la fuente de alimentación E es de 10 voltios y la resistencia R de 10 ohmios. Aplicando la fórmula de la ley de Ohm, obtenemos que la intensidad I que circula por la resistencia es de 1 amperio: Si ahora cambiásemos la resistencia de 10 ohmios por otra del doble de valor (20 ohmios), quedaría demostrado cómo la corriente varía en forma inversamente proporcional a la resistencia. Así, aplicando la fórmula nos daría I=10/20=0,5 A. Por tanto para una resistencia de doble valor, manteniendo constante el valor del voltaje, la corriente se ha reducido a la mitad, es decir, ha variado proporcionalmente pero a la inversa. Podemos definir la potencia como la rapidez con que se realiza un trabajo. El "trabajo" implica "movimiento", por tanto, siempre hay trabajo cuando una fuerza provoca movimiento. Sin embargo, si la fuerza existe pero no el movimiento, entonces no hay trabajo; esto lo podemos observar por ejemplo en cualquier artilugio en tensión, como un resorte o una ballesta, los cuales ejercen una fuerza, pero al estar inmóviles no se manifiesta el trabajo. Una "fuerza" eléctrica provoca un "movimiento", el de los electrones a través de un conductor. Cuando existe fuerza de tensión entre dos puntos de un circuito, pero no flujo de corriente, entonces no se produce trabajo. Resumiendo, sólo si una tensión eléctrica provoca movimiento de electrones se produce un trabajo. La rapidez con que se produce el trabajo eléctrico se denomina potencia eléctrica. Es equivalente al ritmo de trabajo necesario para hacer pasar por un punto una cantidad determinada de electrones en un tiempo dado. La unidad básica de potencia eléctrica es el Vatio. Si consideramos un circuito sencillo compuesto por una resistencia de 25 ohmios y una fuente de 50 voltios, el cual provoca una corriente de 2 amperios.

Para averiguar la potencia que se produce en la resistencia, aplicamos la fórmula de la potencia: Por tanto, la resistencia disipa una potencia de 100 vatios. P=EI P = E I = 50 x 2 = 100 W

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Existen tres disposiciones que puede adoptar un circuito de corriente continua: serie, paralelo y serie paralelo.

Circuito serie La ley de Ohm puede ser aplicada a todo el circuito o sólo una parte de él. Igualmente, se puede emplear para conocer un valor en determinada parte del circuito sabiendo los otros dos valores. Cuando hablamos de un circuito serie, estamos dando por hecho que agrupa al menos dos resistencias en serie, es decir, en línea. En esta disposición los valores totales de resistencia, corriente y voltaje presentan unas determinadas características, y que son fundamentos básicos para el estudio de cualquier otro circuito más complejo en el que intervengan componentes resistivos en serie: En un circuito serie las resistencias se suman, y ese valor es la oposición total que ofrece al paso de la corriente. Por ejemplo, si el circuito presenta dos resistencias en serie, una de 12 ohmios (R1) y la otra de 8 ohmios (R2), la resistencia total del circuito (Rt) será de 20 ohmios.

Es indiferente el número de resistencias que agrupe el circuito, si todas están en serie con la fuente, todas ellas se suman siempre para calcular el valor total de resistencia. La intensidad de corriente en un circuito serie es siempre la misma en cualquier parte de él. La corriente fluye por todos sus componentes, y si la medimos con un amperímetro observaremos que su valor no cambia, independientemente del punto elegido para medirla.

Caída de tensión Cuando un circuito serie está cerrado, la corriente que circula por cada resistencia provoca en ellas una caída de tensión (en voltios) proporcional a su valor (en ohmios), por tanto, el voltaje (caída de tensión) en las resistencias de un circuito serie, al contrario de lo que sucede con la corriente, varía según el valor de cada una de ellas. En cualquier caso, la suma total de los valores de tensión caídos en las resistencias es siempre igual al valor del voltaje de la fuente. Así, por ejemplo, si un circuito serie posee dos resistencias, en las cuales caen 6 y 4 voltios respectivamente, la suma de ambas caídas nos da el valor del voltaje de la fuente (E), en este caso E=6+4=10V. La ley de puede se aplicada a un circuito serie completo o parte de él, tanto para conocer valores de resistencia, como de intensidad o voltaje, siempre y cuando sean conocidos dos de estos tres valores. Antes de proceder a realizar cálculos sobre un circuito serie mediante la ley de Ohm, es conveniente recordar tres características de estos circuitos estudiados en la página anterior, y que serán fundamentales para la deducción lógica de algunos valores empleados en la aplicación de esta ley:

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1. La suma de las caídas de tensión en todas las resistencias de un circuito serie es igual al valor total del voltaje aplicado (el valor de la fuente). 2. La intensidad de corriente en un circuito serie es la misma en todos sus puntos. 3. La suma de todas las resistencias de un circuito serie es igual a la resistencia total del circuito. Consideremos un circuito serie compuesto por tres resistencias (R1, R2 y R3), cuyos valores ignoramos, las cuales están conectadas a una fuente (E) de 100 voltios, y en cuyo circuito circula una corriente de 2 amperios. Se trata de hallar la resistencia total Rt del circuito, conociendo la tensión y la intensidad:

En primer lugar, aplicando una de las características de los circuitos serie, sabemos que la corriente en cualquier parte del circuito tiene siempre la misma intensidad, por tanto ya tenemos que el valor de 2 A es la intensidad total. En segundo lugar, aplicando otra de las características, sabemos que la resistencia total del circuito del ejemplo tiene que ser forzosamente la suma de las tres resistencias. Por tanto, Rt=R1+R2+R3. Ahora, despejando la fórmula básica de la ley de Ohm, obtenemos que la resistencia de un circuito es igual a su caída de tensión dividida entre la intensidad que circula por ella. En nuestro circuito ejemplo, la resistencia total (Rt) sería igual al voltaje total (E) partido por la intensidad total (It):

Aunque desconozcamos el valor de cada resistencia individualmente, ahora ya sabemos que el valor de las tres juntas, es decir, de la resistencia total Rt, es de 50 ohmios.

Circuitos paralelo Debemos saber que: 1. El voltaje existente en los extremos de cada una de las resistencias conectadas en paralelo es siempre el mismo. 2. La corriente en cada una de las ramas de un circuito paralelo no siempre es la misma, y depende del valor de las resistencias conectadas a ellas. La intensidad total es la suma de las intensidades de cada rama. 3. Las resistencias en paralelo, al contrario de lo que sucede cuando se conectan en serie, no se suman, sino que ven reducido su valor, de tal forma que la resistencia total del circuito será siempre inferior a la menor de ellas. Es conveniente familiarizarse con este tipo de circuitos, pues pues la gran mayoría de instalaciones, tanto domésticas como industriales, presentan circuitos en paralelo. Una lámpara, la lavadora, el televisor. Aunque el voltaje entre los extremos de cada resistencia es siempre el mismo, la corriente que fluye por ella depende de su valor, por tanto, si la resistencia es baja circulará más corriente, y menos si la resistencia es alta. Lo podemos entender mejor si aplicamos el ejemplo de los electrodomésticos:

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Si encendemos una lámpara de 50 vatios circulará por ella menos corriente que si encendemos una de 100 vatios, ya que la lámpara de 50 tiene una resistencia mayor que la de 100. Si encendemos la plancha, entonces la corriente será muchísimo mayor que cualquier lámpara, ya que este electrodoméstico, que suele ser de 700 vatios para arriba, presenta una resistencia muy baja al paso de la corriente

Todos estos aparatos tienen aplicada la misma tensión (220 voltios), pero las corrientes que circulan por cada rama son diferentes, porque cada aparato ofrece distinta resistencia al paso de la corriente eléctrica Algo que debemos tener en cuenta en los circuitos en paralelo, es que las resistencias tienen que estar diseñadas para trabajar con el mismo voltaje. Por ejemplo, en el hogar todos los electrodomésticos funcionan con el mismo voltaje (en Argentina es de 220 voltios), si alguno de ellos utilizase 125 voltios, al conectarlo a la red de 220 no funcionaría o lo haría defectuosamente (circularía una corriente insuficiente). Por su parte, si utilizase 480 voltios, seguramente se quemaría (circularía una corriente excesiva).

Circuitos serie-paralelo Los circuitos serie-paralelo son combinaciones de resistencias (tres o más), una parte de las cuales están dispuestas en serie y otra parte en paralelo. Existen dos tipos básicos de circuitos serie-paralelo: uno que incluye una resistencia en serie con una agrupación de resistencias en paralelo, y otro consistente en una agrupación de resistencias en paralelo que incluye alguna rama de resistencias en serie. Muchos de estos circuitos son utilizados a menudo en motores eléctricos y dispositivos eléctricos de control.

Tipo consistente en una resistencia en serie con una agrupación de resistencias en paralelo

Tipo consistente en una agrupación de resistencias en paralelo, una de cuyas ramas incluye resistencias en serie

Para hallar la resistencia total de un circuito serie-paralelo no es necesario utilizar ninguna fórmula nueva. En realidad, un circuito serie-paralelo no es más que una combinación de ambos, por ello solo es necesario descomponerlo en sus formas más simples (serie o paralelo) y resolverlos por separado. Ejemplo Consideremos un circuito serie-paralelo tipo básico, compuesto por una resistencia (R1) de 10 ohmios, en serie con una agrupación en paralelo (R2 y R3) de 30 y 20 ohmios, respectivamente.

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Lo primero es combinar las ramas en paralelo para obtener su resistencia equivalente, que llamaremos Ra, para a continuación sumarla con la resistencia en serie R1. Para calcular la resistencia equivalente (Ra) de R2 y R3, podemos utilizar el método de productos entre sumas, ya estudiado en su momento (si ambas resistencias fuesen del mismo valor, sería suficiente con dividir el valor de una de ellas entre 2).

Ya sabemos que la resistencia equivalente (Ra) de las ramas en paralelo es 12 ohmios. Como se puede observar en el esquema, hemos reducido el circuito a dos simples resistencias en serie: R1 de 10 ohmios, y Ra de 12 ohmios. Por tanto, dado que en los circuitos en serie las resistencias se suman para obtener el valor total (Rt), resulta: Rt = R1 + Ra = 10 + 12 = 22 ohmios

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