M. E: P: Electricidad 1 Año

1

Introducción En la República Argentina, la generación primaria de energía eléctrica se produce en distintas centrales: (termoeléctrico, hidroeléctrico, termonucleares, eólicas y solares. La red primaria de transmisión es de 500 Kv. Desde una central generadora, la líneas alcanzan las estaciones transformadoras, en donde la tensión es reducida hasta la llamada media tensión (33 y 13.2 Kv entre fases). Desde estas estaciones transformadoras la energía eléctrica se distribuye a las subestaciones transformadoras de donde salen las líneas de baja tensión (cables subterráneos, líneas aéreas convencionales o de cables preensamblados sobre postes de hormigón). Las subestaciones transformadoras reducen la tensión de 3 x 13.2 Kv a 3 x 380/220 volt.

¿Para qué sirve la instalación de tierra? La mayoría de los equipos de

oficina, herramientas y electrodomésticos modernos (especialmente los que

tienen gabinete metálico) tienen una tercera pata en el enchufe, conocida como

"polo de tierra", cuya función principal no tiene nada que ver con el

funcionamiento del equipo sino con proteger la vida de las personas en caso de

una falla en la instalación eléctrica, de un cortocircuito o de una descarga

estática o atmosférica, y en el caso específico de los computadores, se utiliza

además como referencia para lograr una óptima comunicación entre sus

distintos componentes.

Lo que se busca con la instalación de tierra es garantizar que, aún bajo

condiciones de falla, no se presenten voltajes peligrosos entre las personas y

su medio ambiente, y para poder lograr esto, es necesario conectar entre sí

todas las partes metálicas expuestas de los aparatos eléctricos, los gabinetes,

M. E: P: Electricidad 1 Año

2

tuberías y cajas metálicas utilizadas en la instalación eléctrica. Además, todos

estos elementos deben conectarse a su vez con la estructura metálica de la

edificación, con las tuberías internas de acueducto, gas o alcantarillado y con el

conductor neutro de la instalación eléctrica en el tablero eléctrico principal, de

tal manera que si se presenta un cortocircuito entre alguno de los conductores

fases y cualquier objeto metálico, se dispare inmediatamente el "breaker"

correspondiente, y en caso de que caiga un rayo cerca, todos los objetos del

edificio, incluyendo a las personas, se carguen al mismo voltaje y no se

presenten diferencias de voltaje peligrosas entre unos y otros.

M. E: P: Electricidad 1 Año

3

Electricidad Seguridad Para poder prevenir los accidentes debido a la corriente eléctrica es necesario adoptar medidas de protección, adecuadas a los posibles riesgos que puedan presentarse. Estas medidas implican la elección acertada de los elementos preventivos que hagan a las instalaciones eléctricas (de acuerdo con su tensión, tipo de instalación y emplazamiento) fiables y seguras, tanto para la persona como para las cosas. Seguridad en Trabajos y Maniobras Eléctricas

Seguridad en el trabajo Es el conjunto de medidas y procedimientos que se adoptan para evitar accidentes que pongan en peligro la integridad física de las personas. Para ello se planifica el trabajo de modo de eliminar las operaciones peligrosas o sustituirlas por otras que no lo son.

Riesgo aceptable En contraposición con el caso anterior es el riesgo no inminente,

poco grave y de escasa frecuencia. Riesgo de electrocución

Existe riesgo de electrocución cuando puede circular corriente a través del cuerpo humano.

Accidente

Es todo acontecimiento indeseado que interrumpe el desarrollo normal de una actividad.

Daño

Son las pérdidas materiales o consecuencias negativas de los accidentes.

Trabajos y Maniobras en Instalaciones Eléctricas

Tareas preliminares

Material de seguridad

Además del equipo de protección personal que debe utilizarse en cada caso particular (casco, visera, calzado, etc.) se recomienda el empleo del siguiente

material de seguridad: - Guantes aislantes. - Protectores faciales. - Pértigas de maniobra aisladas. - Vainas aislantes. - Detectores o verificadores de tensión. - Herramientas aisladas. - Materiales de señalización (discos, vallas, cintas, banderines, etc.) - Lámparas portátiles. - Transformadores de seguridad para 24 V. de salida (máximo). - Interruptores diferenciales de alta sensibilidad.

Ejecución de trabajos sin tensión

En los puntos de alimentación se deberá seccionar la parte de la instalación sobre la que se va a trabajar, verificar la ausencia de tensión en cada una de las partes de la instalación en que ha quedado seccionada

M. E: P: Electricidad 1 Año

4

y descargar a tierra la instalación. Los mismos cuidados se tomarán en los lugares de trabajo.

La reposición de tensión se efectuará una vez que se hayan retirado todas las puestas a tierra y en cortocircuito colocadas para los trabajos y se hayan retirado las herramientas y elementos de señalización.

Peligros de la Corriente Eléctrica

Los accidentes eléctricos, también llamados choques eléctricos, se producen cuando el hombre toca partes de una instalación eléctrica bajo tensión, encontrándose a la vez sobre un suelo de buena conductividad, o estando en contacto con cualquier elemento conductor conectado a tierra, se forma un circuito eléctrico entre el hombre y la tierra.

Los efectos fisiológicos de la corriente que circula por el organismo, dependen de los siguientes factores:

Intensidad de corriente. Tiempo de contacto. Tensión. Resistencia del cuerpo entre los puntos de contacto. Recorrido de la corriente por el cuerpo. Frecuencia de la corriente. Condiciones fisiológicas del accidentado.

Modo de Actuar en Accidentes Eléctricos

1. Desconectar la corriente

En el momento del accidente la actitud instintiva es ir directamente en su auxilio. Ello es causa de nuevos y lamentables accidentes. En realidad, se debe desconectar la corriente por medio de la herramienta aislada que corresponda, o la que se tenga más a mano. De ser posible deberá intentarse llegar al interruptor con un objeto aislante, por ejemplo una pértiga.

2. Alejar al accidentado de la zona de peligro

Nunca tocar al accidentado sino a través de herramientas aislantes, las que permitirán por su longitud mantenerse alejados de la zona de peligro. Verificar con el detector si hay o no tensión. En caso de no poseer pértigas de longitud adecuada, se haya o no logrado desconectar la corriente, el que pretenda prestar ayuda deberá aislarse de tierra, mediante el taburete aislado o las alfombras aislantes que hubiere en el lugar.

3. Apagar el fuego

En los accidentes eléctricos se producen con frecuencia arcos voltaicos que provocan incendios. Deberán apagarse con extintores adecuados. Sólo podrá utilizarse agua cuando se tenga la certeza de que se ha interrumpido la energía. Si el lesionado tiene quemaduras podrán enfriarse con agua pero jamás se deberá utilizar talcos o pomadas salvo que sean específicamente

indicados para su uso. 4. Llamar al médico

Antes de pasar a otras medidas se deberá llamar al médico o a una ambulancia. Mientras se espera su llegada se deberán realizar algunas tareas.

5. Determinar las lesiones

Hay que determinar si además de las posibles lesiones externas (por ejemplo quemaduras) existen dificultades respiratorias o cardíacas.

M. E: P: Electricidad 1 Año

5

Prevención de accidentes eléctricos Los métodos de prevención debe fijar como objetivo final la eliminación total de las causas que originan los accidentes o por lo menos limitarlas a valores no peligrosos. Para conseguir evitar un contacto accidental entre la persona y la red de servicio bastará con que no exista ninguna conexión entre ambos. Dado que la tierra, el suelo las paredes, etc., crean una conexión natural, el método de prevención se basa en interponer una barrera aislante que interrumpa en algún punto la malla tierra – red – persona. Para limitar el tiempo de acoplamiento es necesario el uso de interruptores rápidos El cortocircuito El cortocircuito se produce cuando se une accidentalmente las dos partes activas del circuito eléctrico. Estos accidentes suelen ser provocados por un error en el montaje de la instalación, fallo de un aislamiento que separa las partes activas o por una falsa maniobra. La sobrecarga Se produce una sobrecarga cuando hacemos pasar por un conductor eléctrico más intensidad de corriente que la permitida, por ejemplo: cuando se conecta demasiados receptores que tiende a un mayor consume de la electricidad.

M. E: P: Electricidad 1 Año

6

Teoría atómica

Todos los cuerpos del Universo están formados por materia, ya sean estos

sólidos, líquidos o gaseosos. Por ejemplo, una barra de acero, un trozo de

madera, un litro de agua, el aire que respiramos, etc.

El átomo es la porción más pequeña en que se puede dividir la materia

conservando sus propiedades como elemento químico (*). A su vez, los átomos

están compuestos por ciertas partículas subatómicas (electrones, protones,

neutrones, etc.).

La parte central del átomo se denomina "núcleo atómico" y las partículas que

se encuentran en esta zona se llaman "nucleones". Los nucleones

fundamentales son el portón (carga positiva) y el neutrón (carga neutra).

La región que rodea al núcleo atómico se denomina "nube electrónica" o

"envoltura electrónica" y contiene de manera exclusiva a los electrones (carga

negativa).

Figura Nº 1. Estructura atómica

El átomo más simple que existe es el átomo de hidrógeno (H), el cual está

compuesto por un protón y un electrón. Existen otros elementos cuyos átomos

contienen más partículas. Por ejemplo, el átomo de oxígeno (O) tiene ocho

protones, ocho neutrones y ocho electrones.

M. E: P: Electricidad 1 Año

7

(a) (b)

Figura Nº 2. Átomo de hidrógeno (a) y átomo de oxígeno (b)

Cuando los átomos se combinan, se forman nuevas sustancias (compuestos

químicos), por ejemplo, cuando dos átomos de hidrógeno (H) se combinan con

un átomo de oxígeno (O), se forma agua (H2O).

Figura Nº 3. Molécula de agua

Cargas positivas y negativas

Los átomos usualmente presentan igual cantidad de protones y electrones, en

este caso decimos que se trata de un átomo eléctricamente neutro. Sin

embargo, bajo ciertas circunstancias un átomo puede ganar o peder uno o más

electrones. Cuando un átomo gana uno o más electrones (exceso de

electrones) queda cargado negativamente y cuando un átomo pierde uno o

más electrones (exceso de protones) queda con carga eléctrica positiva.

Por tanto llegamos a la conclusión de que existen dos tipos de cargas

eléctricas: positivas y negativas. Las cargas eléctricas del mismo signo se

repelen y las cargas eléctricas de signo contrario se atraen.

M. E: P: Electricidad 1 Año

8

(a) (b)

Fig. Nº 4. Cargas de igual signo se repelen (b) y cargas de signo diferente se

atraen (b)

Carga: El término carga, en el lenguaje habitual de la electrotécnica, puede tener varias acepciones: un equipamiento eléctrico (transformador, máquina, etc.).

M. E: P: Electricidad 1 Año

9

Corriente eléctrica: es el paso de electrones a través de un conductor. El flujo de corriente tiene el mismo sentido que el flujo de electrones, o sea de negativo a positivo.

M. E: P: Electricidad 1 Año

10

Lámparas

Lámparas Potencia Vida util Aplicaciones

Incandescentes 25 a 1000w 1000

Tubos Fluorescentes 9 a 110w 7500

Bajo Consumo 3 a 29w 10000

Halógenas 55 a 200w 16000 tiendas, reflector

Vapor de Mercurio 55 a 2000w 16000 Industrias, depósitos

De Sodio 50 a 1000w 4000 Iluminar grandes áreas

Vapor de Mercurio Halo 39 a 3500w 5000 Campo Deportivo

Led Equipos de Electrónica

Las lámparas de mayor uso en la actualidad son: incandescentes, fluorescentes, de descargas de gases y electro luminiscentes. Ahora trataremos las lámparas incandescentes, puesto que son con las que trabajaremos, en años posteriores se completaran en detalle el resto de las lámparas existentes en el mercado. Lámparas incandescentes: la luz se genera como consecuencia del paso de la corriente eléctrica por un filamento que alcanza gran temperatura emitiendo radiaciones lumínicas. Los principales componentes de una lámpara incandescentes son el filamento, la ampolla y el casquillo. El filamamento es un elemento conductor de resistencia que al paso de la corriente eléctrica emite luz. El material utilizado en el filamento es de tungsteno o wolframio, metal cuya temperatura de fusión es de 3400ºC. La evaporación, fenómeno consistente en que, a medida que el filamento se calienta, evapora partículas y se va adegalzando hasta romperse. Ello explica el fenómeno consistente en que la vida útil de estas lámparas sea de 1000 horas. Los filamentos se arrollan en forma de hélices y se ubican en la ampolla, la que está rellena de un gas inerte a una determinada presión. Junto con el casquillo, la ampolla tiene por objetivo aislar el filamento del medio ambiente, es un elemento cuya misión fundamental consiste en conectar la lámpara a la red de alimentación.

El funcionamiento de una lámpara fluorescente compacta es el mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña y manejable.

Cuando accionamos el interruptor de encendido, la corriente eléctrica alterna pasa por el balasto electrónico, donde un rectificador diodo de onda completa la convierte en corriente continua. A continuación un circuito oscilador, se encarga de originar una corriente alterna con una frecuencia de entre 20 y 60 kHz.

El objetivo de esa alta frecuencia es disminuir el parpadeo que provoca el arco eléctrico que se crea dentro de las lámparas fluorescentes cuando se

M. E: P: Electricidad 1 Año

11

encuentran encendidas. De esa forma se anula el efecto estroboscópico que normalmente se crea en las antiguas lámparas fluorescentes de tubo recto que funcionan con balastos electromagnéticos (no electrónicos). En las lámparas fluorescentes antiguas el arco que se origina tiene una frecuencia de tan sólo 50 ó 60 Hz, que es la de la red eléctrica a la que están conectadas.

Cuando los filamentos de una lámpara CFL se calientan por el paso de la corriente, el aumento de la temperatura ioniza el gas inerte habitualmente argón o neón, que contiene el tubo en su interior, creándose un puente de plasma entre los dos filamentos.

Circuito eléctrico: es el recorrido completo que realiza la corriente, desde que sale de la fuente hasta que retorna a ella, pasando por una o más cargas, a través de conductores. Cargas: dispositivos donde la energía eléctrica se transforma en otras formas de energía. Debemos destacar que para que un circuito eléctrico funcione se tiene que cumplir una condición fundamental: DEBE ESTAR CERRADO. Si el circuito no está cerrado, la corriente no circulará. Es importante aclarar que si se cierra el circuito conectando los dos polos de la fuente de corriente eléctrica, sin carga, lo que produciremos será un CORTOCIRCUITO. Todo circuito eléctrico debe estar compuesto necesariamente por:

Generador: se encarga de generar una diferencia de cargas o tensión

entre sus dos polos.

M. E: P: Electricidad 1 Año

12

Conductor: permite la circulación de electrones. Receptor: es el aparato eléctrico.

Tipos de corriente Corriente continúa DC Corriente alterna AC

Observaciones: nosotros conectamos nuestro circuito a una fuente de tensión alterna de 220v (fase y neutro), o sea que por el circuito circulará una corriente alterna. Corriente continúa Es la que proporciona las baterías, pilas, etc. Se caracteriza por que los electrones siempre se mueven en el mismo sentido por el conductor con una intensidad constante.

Corriente alterna Es la que se producen en las centrales eléctricas su símbolo . Se caracteriza por que el flujo de e se mueve por el conductor en un sentido y en otro, y además el valor de la corriente es variable.

M. E: P: Electricidad 1 Año

13

El generador toma los electrones de una placa y lo deposita en la otra, la placa donde son arrancados los e queda cargado positivamente, mientras que la otra placa queda cargada negativamente, formándose el polo + y -. Entre dichos polos aparece una diferencia de potencial o tensión que hacen que los e sean atraídos por el polo +, el único camino que pueden moverse los e es por el conductor atravesando el receptor hasta llegar al polo + (es un movimiento continuo). Intensidad de corriente Es la cantidad de electricidad que recorre un circuito, se lo designa con la letra I y se mide en amperios. Para medir la intensidad de la corriente se utiliza un instrumento denominado amperímetro. 1mA = 1/1000 A = 0.001ª (miliamper) 1 = 1/1.000.000= 10-6 = 1µA (microamper) Tensión eléctrica y fuerza electromotriz El generador es el encargado de crear la diferencia de cargas para trasladar los e desde el polo + al polo -. A esta diferencia de cargas se la denomina diferencia de potencial o tensión eléctrica, se la designa con la letra V y su unidad de medida es el volt. Para medir tensión eléctrica se utiliza el voltímetro. Para comprender todas estas magnitudes que aparecen en un circuito vamos a compararlo con un circuito hidráulico. La bomba de agua eleva el agua del deposito A hasta el B, lo que crea una diferencia de altura entre ambos (lo que en un circuito eléctrico sería una diferencia de cargas). El deposito B al estar más alto que A, permite que el agua desciende por la tubería moviendo así al motor hidráulico.

M. E: P: Electricidad 1 Año

14

Resistencia eléctrica Es la mayor o menor oposición que ofrecen los cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica, su unidad de medida es el (letra griega omega) 1miliohmio = 1mΩ = 0.001Ω 1 Kilohmio 1K Ω = 1000 Ω 1 Megaohmio1M Ω = 1.000.000. Ω El aparato que se utiliza para medir resistencia es el ohmetro. Relación entre la potencia, la tensión y la corriente eléctrica Si disminuimos la tensión la lámpara brilla y calienta menos (menor potencia transformada) y viceversa, si aumentamos la tensión la lámpara brilla y calienta más.

Por lo tanto, se puede decir que la tensión y la potencia varían entre sí de manera directa. De la misma forma, si disminuimos la corriente la lámpara también brilla y calienta menos (menor potencia transformada) y si la aumentamos también brilla y calienta más.

O sea que la corriente y la potencia eléctrica varían entre sí de manera directa; esto significa que la potencia varía de forma directa con la tensión y la corriente, pudiéndose decir entonces que:

La potencia eléctrica es el resultado del producto de la tensión por la corriente:

P = U * I

FRECUENCIA

Término empleado en física para indicar el número de veces que se repite en

un segundo cualquier fenómeno periódico

La frecuencia se expresa en hertz (Hz); una frecuencia de 1 Hz significa que

existe 1 ciclo u oscilación por segundo, en nuestro país la frecuencia es de 50

Hz

M. E: P: Electricidad 1 Año

15

Ley de ohm La relación que existe entre las tres magnitudes eléctricas fue comparada por el físico alemán Georg Simon Ohm (1787-1854), que enuncio la ley que lleva su nombre. Realizó experiencias con circuitos formados por un generador, un amperímetro y un voltímetro.

Al ir aumentando las tensiones (1, 2 o 3 pilas), el amperímetro marca mayor intensidad, es decir, cuanto mayor es la tensión mayor es la intensidad. Si dividimos en cada caso la intensidad por tensión, vamos a obtener la resistencia del circuito dado. Esto es:

Pilas Tensión (V) Intensidad (A) Volts/Ampers= Ω

1 4 0.4 4/0.4=10

2 8 0.8 8/0.8=10

3 12 1.2 12/1.2=10

Estas experiencias permitieron el enunciado de lo que hoy conocemos como LEY DE OHM Matemáticamente: I= V/R A partir de esta formula podemos calcular matemáticamente los valores de tensión y resistencia de cualquier circuito. Esto es: V= R x I R= V/I

En los conductores existen partículas invisibles llamadas electrones libres que están en constante movimiento en forma desordenada.

Para que estos electrones libres pasen a tener un movimiento ordenado es necesario ejercer una fuerza que los mueva. Esta fuerza recibe el nombre de tensión eléctrica (U), medida en Volt (V).

Si a los extremos de un conductor de resistencia R se le aplica una tensión o potencial eléctrico

V, la intensidad de corriente I que circula por el mismo, es directamente proporcional a la

diferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia del mismo

M. E: P: Electricidad 1 Año

16

Ese movimiento ordenado de los electrones libres dentro de los cables, provocado por la acción de la tensión, forma una corriente de electrones llamada corriente eléctrica (I), medida en Amper (A).

Decíamos anteriormente que la tensión eléctrica produce un movimiento de los electrones en forma ordenada, dando origen a la corriente eléctrica. Con esa corriente una lámpara se enciende y produce calor con una cierta intensidad.

Esa intensidad de luz y calor son los efectos que percibimos al transformarse la potencia eléctrica en potencia luminosa (luz) y potencia térmica (calor).

Como conclusión podemos decir que para que exista potencia eléctrica debe existir tensión y corriente eléctrica.

Si disminuimos la tensión la lámpara brilla y calienta menos (menor potencia transformada) y viceversa, si aumentamos la tensión la lámpara brilla y calienta más. Ejemplo:

Que intensidad de corriente circula por un conductor si la resistencia es de 10 ohms y la diferencia de potencia es de 12V?

Se requiere determinar la resistencia eléctrica de un filamento de una lámpara incandescente. Para ello se somete a la lámpara a una tensión de 220v y mediante un amperímetro se mide una corriente de 0.2A

Conexión en Serie

Características

Los elementos son dependientes unos de otros La corriente eléctrica tiene un solo sentido, no importa la cantidad

de cargas conectadas.IT = I1 = I2 = ….. = In La tensión se distribuye por cada carga conectada: V= V1 + V2 +

V3 Si las lámparas son iguales en watios entonces Vx = V/x, donde x

es la cantidad de lámparas conectadas V1= V2= …=Vx

M. E: P: Electricidad 1 Año

17

Si las lámparas no son iguales en watios la tensión en cada lámpara es diferente.

Conexión en paralelo

Características: Los elementos son independientes

La corriente eléctrica tiene varios camino, tantos como cargas conectadas. Se cumple que: I= I1 + I2 + ….+ Ix

La tensión no se distribuye, es decir, en cada carga tenemos la tensión entregada por la fuente. Es decir: V= V1 = V2 = V3