Principios de Electricidad2008

Colegio Tcnico Profesional de Limn Departamento de InformticaEspecialidad Informtica en Soporte

2FUNDAMENTOS BSICOS DE ELECTRICIDAD

5GENERALIDADES DE LA ENERGA

5La energa

5Energa primaria

5Energa secundaria

5Energa util

6CONCEPTOS GENERALES DE ELECTRICIDAD

6Constitucin de la materia: el electrn

6Materiales conductores y aislantes

7LA ENERGA ELCTRICA

7Qu es la corriente elctrica?

7Tipos de corriente

7Tipos y Fuentes de Corriente

7Tension elctrica

8Resistencia elctrica

8PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD

8Generadores

8Central elctrica

10Centrales Hidroelctricas

11Centrales Trmicas

12Centrales Nucleares

13Centrales Solares

14Centrales Elicas

15Centrales Elicas

16Centrales Geotrmicas

16Central Mareomotriz

17CARGAS ELCTRICAS

18LA CORRIENTE ELCTRICA

19ELECTRICIDAD ESTATICA

19Descarga elctrica

20FUENTES DE ELECTRICIDAD

20Qu es una pila elctrica?

21CLASES DE BATERA

21Pila primaria

21Pilas secundaria

22Pilas solares

22Pilas tipo leclanch, o de cinc/carbono (zn/c), o "pilas secas"

22Pilas alcalinas o de cinc/dixido de manganeso (zn/mno2)

22Pilas de nquel/cadmio (ni/cd)

22Pilas botn

22Pilas de xido mercrico

23Pilas de cinc-aire

23Bateras plomo/cido

23Pilas de nquel/hidruro metlico (ni/mh)

23Pila de combustible

24Pila voltaica

24Pila casera o pila de daniell

25Transformador

26CIRCUITOS ELECTRICOS

26Circuitos elctricos y sus componentes.

27LEY DE OHM

28Circuitos elctricos

28Cortocircuito

29El cortocircuito

29Dispositivos de proteccin contra los cortocircuitos

30Resistencia Elctrica

30Conductor elctrico

32El aislamiento

33Semiconductores

34Aislantes elctricos

36PROTECTORES DE CIRCUITOS

36Fusible

37Disyuntor

37Pararrayos

38MATERIALES ELCTRICOS

38Interruptor

38Conmutador (dispositivo)

39Timbre elctrico

40Tomas de corriente

40Cajas de conexin y derivacin

41Interruptores y conmutadores

41Portalmparas

42Interruptores, apagadores o suiches

42Conmutadores

42Cajas de empalmes y derivacin:

44Destornilladores o atornilladores

45Detector de tensin

45Tijera electricista

48LOS PELIGROS DE LA ELECTRICIDAD

FUNDAMENTOS BSICOS DE ELECTRICIDAD

GENERALIDADES DE LA ENERGA

La energaQu es la energa?

Se puede concebir como el nivel de capacidad que tiene un cuerpo en un determinado instante para realizar un trabajo.

Una ley fundamental enuncia que la energa no se crea ni se destruye, nicamente se transforma.

Esto significa que, la suma de todas las energas sobre una determinada frontera siempre permanece constante.

La energa es el alimento de toda actividad humana: mueve nuestros cuerpos e ilumina nuestras casas, desplaza nuestros vehculos, nos proporciona fuerza motriz y calor, etc.

Energa primariaSon las que proceden de fuentes naturales que pueden ser utilizadas directamente, como es el caso del carbn, petrleo bruto, gas natural, energa hidrulica, solar, nuclear, etc.

Energa secundariaSon las obtenidas a partir de la transformacin de fuentes naturales: gasolina, electricidad, briquetas de carbn, etc.

Energa utilEs la energa de uso final es decir, la que se utiliza como la luz, el calor, la energa qumica en una batera, etc.

CONCEPTOS GENERALES DE ELECTRICIDAD

Constitucin de la materia: el electrnLa electricidad tiene su origen en el movimiento de una pequea partcula llamada electrn que forma parte del tomo.

El tomo es la porcin ms pequea de la materia y est compuesto por un ncleo donde se encuentran

otras partculas, como los protones (con carga elctrica positiva) y los neutrones (sin carga).

Alrededor del ncleo giran en rbitas los electrones, que tienen carga negativa y hay tantos electrones como protones, por lo que el tomo se encuentra equilibrado elctricamente. Un tomo puede tener muchos electrones, situados en rbitas que giran alrededor del ncleo. Hay fenmenos que consiguen arrancar electrones de las rbitas externas del tomo, quedando entonces deficitario de cargas negativas (el tomo se convierte as en un ion positivo).

Al producirse el abandono de un electrn de su rbita queda en su lugar un hueco el cual atraer a un electrn de un tomo contiguo, de este modo se desencadena una cascada de electrones arrancados de otros tomos contiguos para ir rellenando huecos sucesivos, y as se produce una circulacin de electrones.

La fuerza que obliga a los electrones a circular por un conductor depende de la diferencia de electrones existentes en los extremos de ese conductor.

Si en un extremo se tienen muchos electrones mientras que en el otro apenas hay, aparecen aqu huecos, la tendencia natural es que se produzca una circulacin de electrones hacia el extremo donde hay huecos, para alcanzar as un equilibrio.

La diferencia existente en el nmero de electrones entre un extremo y otro, y que determina la fuerza con la que circulan, recibe el nombre de diferencia de tensin, lo que significa que cuanta mayor tensin exista en los extremos de un conductor mayor es tambin el nmero de electrones que hay dispuestos en un lado para desplazarse hacia el otro.

Materiales conductores y aislantes

No todos los tomos tienen la misma facilidad para desprender electrones de sus rbitas y originar una corriente elctrica; hay cuerpos como los metales (cobre, plata, hierro, etc.) donde los electrones fluyen con facilidad, mientras que otros materiales (madera, plstico, caucho) encuentran mucha dificultad. Los primeros son los llamados conductores y los segundos no conductores o aislantes.

No obstante entre ambos se encuentran los semiconductores, elementos cuya conductibilidad elctrica depende de las condiciones del circuito y de la composicin qumica que interviene en su formacin.

LA ENERGA ELCTRICA

Qu es la corriente elctrica?

Es el fenmeno por el cual se produce el movimiento de cargas elctricas en un conductor.

Intensidad de corriente (I), es el valor de la cantidad de electricidad (nmero de electrones) que pasa por el conductor. La unidad de Intensidad de Corriente es el Amperio que se define como el paso a travs de la seccin transversal de un conductor de 6.2 x 1018 electrones en un segundo.

Tipos de corriente1. Corriente continua (DC): Fluye siempre en la misma direccin y con la misma intensidad.

2. Corriente alterna (AC): Fluye primero en una direccin y luego en sentido inverso haciendo lo que se conoce como un ciclo de corriente alterna. La velocidad con que se repite en ciclo se denomina frecuencia.

Cmo se puede valorar la corriente alterna si su sentido y magnitud cambian constantemente?

Se mide por su valor eficaz, es decir por el valor que corresponde al de la corriente continua que realiza el mismo trabajo, y es aproximadamente igual a 0.7 de la amplitud, es decir del valor mximo.

Los valores eficaces son los que se emplean en la prctica y los que indican generalmente los instrumentos de medicin.

Tipos y Fuentes de Corriente

Continua.- Pilas convencionales, bateras, generadores de corriente continua.

Alterna.- Generadores sncronos de las centrales elctricas, las mismas que pueden ser hidrulicas,

Tension elctricaEs la fuerza que impulsa a los electrones en un conductor. A la Tensin Elctrica tambin se le conoce como diferencia de potencial. La unidad de la tensin elctrica es el VOLTIO que representa la entrega de la energa de un Joule para producir un flujo de 6.2x1018 electrones/segundo entre 2 puntos.

Resistencia elctricaLa resistencia ( R ) de un conductor depende no slo de las propiedades del material () sino tambin de otros parmetros:

- Las dimensiones del conductor, es decir de la seccin ( S ) y la longitud ( l ).

- La temperatura ( T ), a mayor T, mayor R.

R = l / S

La unidad de la Resistencia Elctrica es el Ohmio.

PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD

Generadores

La energa elctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores.

Un generador consta, en su forma ms simple de:

1. Una espira que gira impulsada por algn medio externo.

2. Un campo magntico uniforme, creado por un imn, en el seno del cual gira la espira anterior.

A medida que la espira gira, el flujo magntico a travs de ella cambia con el tiempo, inducindose una fuerza electromotriz, y si existe un circuito externo, circular una corriente elctrica.

Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energa (hidrulica, trmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.

Central elctrica

Una central elctrica es una instalacin capaz de convertir la energa mecnica, obtenida mediante otras fuentes de energa primaria, en energa elctrica.

Podemos considerar que el esquema de una central elctrica es:

En general, la energa mecnica procede de la transformacin de la energa potencial del agua almacenada en un embalse; de la energa trmica suministrada al agua mediante la combustin del carbn, gas natural, o fuel, o a travs de la energa de fisin del uranio.

Para realizar la conversin de energa mecnica en elctrica, se emplean unos generadores, ms complicados que los que acabamos de ver en la pregunta anterior, que constan de dos piezas fundamentales:

1. El estator: Armadura metlica, que permanece en reposo, cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos.

2. El rotor: Est en el interior del estator y gira accionado por la turbina. Est formado en su parte interior por un eje, y en su parte ms externa por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les aplica una pequea cantidad de corriente.

Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energa mecnica aplicada en las turbinas, se produce unas corrientes en los hilos de cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al generador la denominada fuerzaelectromotriz, capaz de producir energa elctrica a cualquier sistema conectado a l.

Como hemos visto la turbina es la encargada de mover el rotor del generador y producir la corriente elctrica. La turbina a su vez es accionada por la energa mecnica del vapor de agua a presin o por un chorro de agua.

Todas las centrales elctricas constan de un sistema de "turbina-generador" cuyo funcionamiento bsico es, en todas ellas, muy parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la turbina, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energa primaria se utiliza, para convertir la energa contenida en ella en energa elctrica.

Centrales Hidroelctricas

Fueron las primeras centrales elctricas que se construyeron.Una central hidroelctrica es aquella en la que la energa potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en la energa cintica necesaria para mover el rotor de un generador, y posteriormente transformarse en energa elctrica.Por ese motivo, se llaman tambin centrales hidralicas.

Las centrales hidroelctricas se construyen en los cauces de los ros, creando un embalse para retener el agua. Para ello se construye un muro grueso de piedra, hormign u otros materiales, apoyado generalmente en alguna montaa.La masa de agua embalsada se conduce a travs de una tubera hacia los labes de una turbina que suele estar a pie de presa, la cual est conectada al generador. As, el agua transforma su energa potencial en energa cintica, que hace mover los labes de la turbina.

Centrales Trmicas

Una central trmica para produccin de energa elctrica, es una instalacin en donde la energa mecnica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energa elctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera.El vapor generado tiene una gran presin, y se hace llegar a las turbinas para que su expansin sea capaz de mover los labes de las mismas.

Las denominadas termoelctricas clsicas son de: carbn, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energa de la combustin del carbn, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformacin del agua en vapor.

Una central trmica clsica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador elctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustin del carbn, fuel o gas.

Esquema de una central trmica

Esquema de una central trmica clsica. El carbn, el fuel o el gas son los combustibles que alimentan este tipo de centrales elctricas. La energa elctrica producida llega a los centros de consumo a travs de las lneas de transporte.

Centrales Nucleares

Una central nuclear es una central trmica. La diferencia fundamental entre las centrales trmicas nucleares y las trmicas clsicas reside en la fuente energtica utilizada. En las primeras, el uranio y en las segundas, la energa de los combustibles fsiles.

Una central nuclear es, por tanto, una central trmica en la que acta como caldera un reactor nuclear. La energa trmica se origina por las reacciones de fisin en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.

El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija hermticamente cerrada. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido despus a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que va hacia la turbina, transformndose su energa en energa elctrica en el alternador.

La fisin nuclear es un proceso por el cual los ncleos de ciertos elementos qumicos pesados se fisionan (se rompen) en dos fragmentos por el impacto de una partcula (neutrn), liberando una gran cantidad de energa con la que se obtiene, en la central nuclear, vapor de agua.

Centrales Solares

Una central solar es aquella instalacin en la que se aprovecha la radiacin solar para producir energa elctrica.

Este proceso puede realizarse mediante dos vas:

Fotovoltaica: Hacen incidir las radiaciones solares sobre una superficie de un cristal semiconductor, llamada clula solar, y producir en forma diracta una corriente elctrica por efecto fotovoltaico.Este tipo de centrales se estn instalando en paises donde el transporte de energa elctrica se debera de realizar desde mucha distancia, y hasta ahora su empleo es bsicamente para iluminacin, y algunas aplicaciones domsticas.

Foto trmica: En las centrales solares que emplean el proceso foto trmico, el calor de la radiacin solar calienta un fluido y produce vapor que se dirige hacia la turbina produciendo luego energa elctrica.El proceso de captacin y concentracin de la radiacin solar se efecta en unos dispositivos llamados helistatos, que actan automticamente para seguir la variacin de la orientacin del Sol respecto a la Tierra.

Existen diversos tipos de centrales solares de tipo trmico, pero las ms comunes son las de tipo torre, con un nmero grande de helistatos. Para una central tipo de solo 10 MWe, la superficie ocupada por los helistatos es de unas 20 Ha.

Centrales Elicas

Una central elica es una instalacin en donde la energa cintica del viento se puede transformar en energa mecnica de rotacin. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con mltiples palas, orientadas en la direccin del viento. Las palas o hlices giran alrededor de un eje horizontal que acta sobre un generador de electricidad, AerogeneradoresA pesar de que aproximadamente un 1% de la energa solar que recibe la Tierra se transforma en movimiento atmosfrico, esta energa no se distribuye uniformemente, lo que limita su aprovechamiento.

Existen adems limitaciones tecnolgicas para alcanzar potencias superiores a un megavatio, lo cual hace que su utilidad est muy restringida.

Una central elica no es ms que un conjunto de aerogeneradores.

Centrales Geotrmicas

Una central geotrmica son unas instalaciones que aprovecha la energa geotrmica para producir energa elctrica.

Una central geotrmica no es nada ms que una central trmica en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotrmico y en la que la energa es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petrleo u otro combustible.

Central Mareomotriz

La energa mareomotriz es la energa asociada a las mareas provocadas por la atraccin gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna.

Las mareas se aprecian como una variacin del nivel del mar, que ocurre cada 12h 30 minutos y puede suponer una diferencia del nivel desde unos 2 metros hasta unos 15 metros, segn la diferencia de la topografa costera.

La tcnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca y, en su camino, accionar las turbinas de una central elctrica. Cuando las aguas se retiran, tambin generan electricidad, usando un generador de turbina reversible.

Lapalabraelectricidad procede del vocablo griego electrn, que significa mbar. Si frotas un trozo de mbar, o ms fcil, un bolgrafo con un trapo, podrs levantar con l pequeos trocitos de papel, que se le quedan pegados.

Tantoelbolgrafocomo los trozos de papel han quedado electrizados: el bolgrafo por frotamiento y el papel por induccin. Al frotar el bolgrafo, ste ha adquirido una carga elctrica negativa, mientras que el papel ha quedado cargado positivamente al acercarle el bolgrafo.

CARGAS ELCTRICAS

Lacargaelctricaes una propiedad que tienen todos los cuerpos, como la masa, la temperatura a la que se encuentran o el volumen que ocupan. Existen dos tipos de cargas elctricas: negativas y positivas.

Ensuestadonatural, los cuerpos se hallan en estado neutro, es decir, tienen la misma cantidad de cargas positivas que negativas.

Cuandouncuerpotiene ms cargas positivas que negativas, se encuentra cargado positivamente, como le sucede a los trocitos de papel.

Cuandouncuerpotiene ms cargas negativas que positivas, se encuentra cargado negativamente, como le sucede al bolgrafo tras frotarlo contra el trapo, o a un globo inflado que restregamos contra un jersey.

Lascargasdedistinto signo se atraen; por eso los trocitos de papel se pegan al bolgrafo. Las cargas del mismo signo se repelen; por eso, si frotamos contra un mismo jersey dos globos inflados y los ponemos muy prximos sobre una mesa, veremos cmo se separan.

Lacantidaddecargaelctrica se mide en una unidad llamada culombio, cuyo smbolo es C.

Lafuerzaconquedos cuerpos cargados con cargas de distinto o del mismo signo se atraen o se repelen, depende de las cargas y de la distancia que separa a ambos cuerpos. A esta relacin la conocemos en Fsica como ley de Coulomb.

LA CORRIENTE ELCTRICA

Cuandoponemosencontacto dos cuerpos que tienen cargas de distinto signo, como estas se atraen, se produce un flujo de cargas de uno a otro cuerpo. A este flujo lo llamamos corriente elctrica.

Notodosloscuerpospermiten que la corriente elctrica circule por ellos con la misma facilidad. Los metales son buenos conductores, mientras que la madera, el plstico o el vidrio no, y se llaman por ello aislantes.

Sitienesocasindever un trozo o resto de cable de la luz pelado, observars un hilo grueso de cobre (que es el que conduce la corriente) forrado de una capa de plstico aislante (que permite que podamos coger el cable sin que nos d la corriente cuando est enchufado a la red elctrica).

Sellamaresistenciaa la mayor o menor dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente elctrica. La medimos en una unidad llamada ohmio, cuyo smbolo es la letra griega .

Losmetales,comoelcobre, ofrecen muy poca resistencia al paso de la corriente, mientras que la madera, por ejemplo, tiene una resistencia muy alta.ELECTRICIDAD ESTATICA

La electricidad esttica es un fenmeno que se debe a una acumulacin de cargas elctricas en un objeto. Esta acumulacin puede dar lugar a una descarga elctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro.

Antes del ao 1832, que fue cuando Michael Faraday public los resultados de sus experimentos sobre la identidad de la electricidad, los fsicos pensaban que la "electricidad esttica" era algo diferente de las otras cargas elctricas. Michael Faraday demostr que la electricidad inducida desde un imn, la electricidad producida por una batera, y la electricidad esttica son todas iguales.

La electricidad esttica se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plstico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energticos ms favorables, o cuando partculas ionizadas se depositan en un material, como por ejemplo, ocurre en los satlites al recibir el flujo del viento solar y de los cinturones de radiacin de Van Allen. La capacidad de electrificacin de los cuerpos por rozamiento se denomina efecto triboelctrico, existiendo una clasificacin de los distintos materiales denominada secuencia triboelctrica.

La electricidad esttica se utiliza comnmente en la xerografa, en filtros de aire, y algunas pinturas de automocin. Los pequeos componentes de los circuitos elctricos pueden daarse fcilmente con la electricidad esttica. Los fabricantes usan una serie de dispositivos antiestticos para evitar los daos

Descarga elctrica

La descarga elctrica es un fenmeno que se produce cuando un cuerpo electrizado pierde su carga. Segn la circunstancia en la que ocurre el hecho, esta carga puede ser transmitida a otro cuerpo si est en contacto con el mismo.

La descarga elctrica es entonces una reaccin qumica que aparece cuando el elemento electrnico que originalmente la posee entra en contacto con el agua mezclada con cloruro de sodio.

FUENTES DE ELECTRICIDAD

Qu es una pila elctrica?Pila elctrica,dispositivoqueconvierte la energa qumica en elctrica. Todas las pilas consisten en un electrlito (que puede ser lquido, slido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrlito es un conductor inico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente elctrica. Vase Electroqumica.

Laspilasenlasqueel producto qumico no puede volver a su forma original una vez que la energa qumica se ha transformado en energa elctrica (es decir, cuando las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto qumico que al reaccionar en los electrodos produce energa elctrica, puede ser reconstituido pasando una corriente elctrica a travs de l en sentido opuesto a la operacin normal de la pila.

Lapilaelctricatiene dos polos, uno positivo y otro negativo. Cuando encendemos un aparato que funciona con pilas, en el interior de cada una de ellas se producen unas reacciones qumicas que generan la corriente elctrica.

Pila seca

En el interior de las pilas se producen reacciones qumicas que dan lugar a una corriente elctrica. La pila ms comn es la pila seca, inventada en 1868 por Georges Leclanch.

Otrotipodepilasque cada vez se utiliza en ms aparatos, sobre todo en los de pequeo tamao (como los relojes digitales de pulsera), son las de botn. Duran cinco veces ms que una pila del otro tipo y se consumen de una forma ms estable, pero tienen un grave inconveniente: algunas contienen mercurio en su interior, que es una sustancia muy contaminante.

Encualquiercaso,tanto las pilas de botn como las normales, una vez gastadas, debemos tirarlas a los contenedores especiales para ellas, y no a la basura de casa.

CLASES DE BATERA

Pila primariaLa pila primaria ms comn es la pila Leclanch o pila seca, inventada por el qumico francs Georges Leclanch en la dcada de 1860. El electrolito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que el recipiente de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dixido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 voltios. Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-xido de mercurio, conocida normalmente como batera de mercurio. Puede tener forma de disco pequeo y se utiliza en audfonos, clulas fotoelctricas y relojes de pulsera elctricos. El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de xido de mercurio y el electrolito es una disolucin de hidrxido de potasio. La batera de mercurio produce 1,34 V, aproximadamente.

La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se diferencia de las dems en que los productos qumicos no estn dentro de la pila, sino que se suministran desde fuera.

Pilas secundariaEl acumulador o pila secundaria, que puede recargarse invirtiendo la reaccin qumica, fue inventado en 1859 por el fsico francs Gastn Plant. La pila de Plant era una batera de plomo y cido, y es la que ms se utiliza en la actualidad. Esta batera, que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automviles, camiones, aviones y otros vehculos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente elctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rpidamente.

El electrolito es una disolucin diluida de cido sulfrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dixido de plomo. En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito elctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrolito para formar sulfato de plomo.

Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dixido de plomo, se produce otra reaccin qumica. El dixido de plomo reacciona con los iones hidrgeno del electrolito y con los electrones formando agua e iones de plomo; estos ltimos se liberarn en el electrolito produciendo nuevamente sulfato de plomo.

Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o batera de nquel y hierro, ideada por el inventor estadounidense Thomas Edison entorno a 1900. El principio de funcionamiento es el mismo que en la pila de cido y plomo, pero aqu el electrodo negativo es de hierro, el electrodo positivo es de xido de nquel y el electrolito es una disolucin de hidrxido de potasio. La pila de nquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas hidrgeno durante la carga. Esta batera se usa principalmente en la industria pesada. La batera de Edison tiene una vida til de unos diez aos y produce 1,15 V, aproximadamente.

Pilas solaresLas pilas solares producen electricidad por un proceso de conversin fotoelctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han aadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de ste y se dirigen a la superficie opuesta. All se recogen como corriente elctrica.

Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones, como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.

Pilas tipo leclanch, o de cinc/carbono (zn/c), o "pilas secas"Basadas en la oxidacin del cinc en medio ligeramente cido, estn compuestas por cinc metlico, cloruro de amonio y dixido de manganeso. Son las llamadas pilas comunes. Sirven para aparatos sencillos y de poco consumo.

Pilas alcalinas o de cinc/dixido de manganeso (zn/mno2)La diferencia con la pila seca es el electrolito utilizado, en este caso, hidrxido de potasio, en vez de cloruro de amonio, y el cinc est en polvo. Son las de larga duracin. Casi todas vienen blindadas, lo que dificulta el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duracin ilimitada

Pilas de nquel/cadmio (ni/cd)

Estn basadas en un sistema formado por hidrxido de nquel, hidrxido de potasio y cadmio metlico. Poseen ciclos de vida mltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja tensin. Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y alcanzan a durar decenas de aos. No contienen mercurio, pero el cadmio es un metal con caractersticas txicas.

Pilas botnSon llamadas as, las pilas de tamao reducido, de forma chata y redonda. El mercado de artculos electrnicos requiere cada vez ms de ellas. Son imprescindibles para audfonos, marcapasos, relojes, calculadoras y aparatos mdicos de precisin. Su composicin es variada.

Pilas de xido mercricoSon las ms txicas, contienen un 30 % aprox. de mercurio. Deben manipularse con precaucin en los hogares, dado que su ingestin accidental, lo que es factible por su forma y tamao, puede resultar letal.

Pilas de cinc-aireSe las distingue por tener gran cantidad de agujeros diminutos en su superficie. Tienen mucha capacidad y una vez en funcionamiento su produccin de electricidad es continua. Contienen ms del 1 % de mercurio, por lo que presentan graves problemas residuales.

Bateras plomo/cidoNormalmente utilizadas en automviles, sus elementos constitutivos son pilas individualmente formadas por un nodo de plomo, un ctodo de xido de plomo y cido sulfrico como medio electroltico.

Pilas de nquel/hidruro metlico (ni/mh)Son pilas secundarias como las de nquel/cadmio, pero donde el cadmio ha sido reemplazado por una aleacin metlica capaz de almacenar hidrgeno, que cumple el papel de nodo. El ctodo es xido de nquel y el electrolito hidrxido de potasio.La densidad de energa producida por las pilas Ni/MH es el doble de la producida por las Ni/CD, a voltajes operativos similares, por lo que representan la nueva generacin de pilas recargables que reemplazar a estas ltimas.

Pilas de xido de plataSon de tamao pequeo, usualmente de tipo botn. Contienen 1 % de mercurio aproximadamente por lo que tienen efectos txicos sobre el ambiente.

Pila de combustibleUna pila de combustible consiste en un nodo en el que se inyecta el combustible - comnmente hidrgeno, amonaco o hidracina - y un ctodo en el que se introduce un oxidante - normalmente aire u oxgeno. Los dos electrodos de una pila de combustible estn separados por un electrolito inico conductor. En el caso de una pila de combustible de hidrgeno-oxgeno con un electrolito de hidrxido de metal alcalino, la reaccin del nodo es 2H2 + 4OH- + 4H2O + 4e- y la reaccin del ctodo es O2 + 2H2O + 4e- + 4OH-. Los electrones generados en el nodo se mueven por un circuito externo que contiene la carga y pasan al ctodo. Los iones OH- generados en el ctodo son conducidos por el electrolito al nodo, donde se combinan con el hidrgeno y forman agua. El voltaje de la pila de combustible en este caso es de unos 1,2 V pero disminuye conforme aumenta la carga. El agua producida en el nodo debe ser extrada continuamente para evitar que inunde la pila. Las pilas de combustible de hidrgeno-oxgeno que utilizan membranas de intercambio inico o electrlitos de cido fosfrico fueron utilizadas en los programas espaciales Gemini y Apolo respectivamente. Las de cido fosfrico tienen un uso limitado en las

Pila voltaicaUna pila voltaica aprovecha la electricidad de una reaccin qumica espontnea para encender una bombilla (foco). Las tiras de cinc y cobre, dentro de disoluciones de cido sulfrico diluido y sulfato de cobre respectivamente, actan como electrodos. El puente salino (en este caso cloruro de potasio) permite a los electrones fluir entre las cubetas sin que se mezclen las disoluciones. Cuando el circuito entre los dos sistemas se completa (como se muestra a la derecha), la reaccin genera una corriente elctrica. Obsrvese que el metal de la tira de cinc se consume (oxidacin) y la tira desaparece. La tira de cobre crece al reaccionar los electrones con la disolucin de sulfato de cobre para producir metal adicional (reduccin). Si se sustituye la bombilla por una batera la reaccin se invertir, creando una clula electroltica.

Pila casera o pila de daniellSe necesita un frasco de cristal de boca ancha, un trozo de tubera de cobre que est limpia, una tira de zinc o un sacapuntas metlico, dos cables elctricos, un vaso de vinagre, un LED (diodo emisor de luz), que es como una bombilla muy pequeita, parecida a las que iluminan algunos rboles de navidad, un reloj despertador o cualquier otro aparato que funcione con pilas.

TransformadorSe denomina transformador a una mquina elctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin prdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo, tamao, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.

Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energa elctrica a larga distancia, al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeas intensidades y por tanto pequeas prdidas.

CIRCUITOS ELECTRICOS

Circuitos elctricos y sus componentes.

Un circuito elctrico es el trayecto o ruta de una corriente elctrica. El trmino se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito (Figura 2). Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aqullos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se efecta una conexin directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz.

Elementos de un circuito elctrico

Smbolos de algunos elementos de un circuito elctrico.

LEY DE OHM

La corriente fluye por un circuito elctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley bsica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, as llamada en honor a su descubridor, el fsico alemn Georg Ohm. Segn la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la frmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos elctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el anlisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.

V = I x R (8)

Donde:

V: diferencia de potencial o voltaje aplicado a la resistencia, Voltios

I: corriente que atraviesa la resistencia, Amperios

R: resistencia, Ohmios

Circuitos elctricos

La manera ms simple de conectar componentes elctricos es disponerlos de forma lineal, uno detrs del otro. Este tipo de circuito se denomina circuito en serie, como el que aparece a la izquierda de la ilustracin. Si una de las bombillas del circuito deja de funcionar, la otra tambin lo har debido a que se interrumpe el paso de corriente por el circuito. Otra manera de conectarlo sera que cada bombilla tuviera su propio suministro elctrico, de forma totalmente independiente, y as, si una de ellas se funde, la otra puede continuar funcionando. Este circuito se denomina circuito en paralelo, y se muestra a la derecha de la ilustracin.

Cortocircuito

Cortocircuito en la red de distribucin de energa elctrica.

Cortocircuito provocado con una corriente de 12 V y 20 A.

Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o lnea elctrica por el cual la corriente elctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra, entre dos fases en el caso de sistemas polifsicos en corriente alterna o entre polos opuestos en el caso de corriente continua.

El cortocircuito se produce normalmente por fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores areos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.

Debido a que un cortocircuito puede causar importantes daos en las instalaciones elctricas e incluso incendios en edificios, estas instalaciones estn normalmente dotadas de fusibles, interruptores magnetotrmicos o diferenciales a fin de proteger a las personas y las cosas.

El cortocircuito

Si por casualidad en un circuito elctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metlica 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 elevacin brusca de la intensidad de la corriente, un incremento violentamente excesivo de calor en el cable y la produccin de lo que se denomina cortocircuito.Dispositivos de proteccin contra los cortocircuitos

Para proteger los circuitos elctricos de los cortocircuitos existen diferentes dispositivos de proteccin. El ms comn es el fusible. Este dispositivo normalmente posee en su interior una lmina metlica o un hilo de metal fusible como, por ejemplo, plomo.

Cuando el fusible tiene que soportar la elevacin brusca de una corriente en ampere, superior a la que puede resistir en condiciones normales de trabajo, el hilo o la lmina se funde y el circuito se abre inmediatamente, protegindolo de que surjan males mayores. El resultado de esa accin es similar a la funcin que realiza un interruptor, que cuando lo accionamos deja de fluir de inmediato la corriente.

Resistencia Elctrica

Resistencia, propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente elctrica. La resistencia de un circuito elctrico determina segn la llamada ley de Ohm cunta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensin de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia elctrica es R, y el smbolo del ohmio es la letra griega omega, . En algunos clculos elctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo smbolo es S. An puede encontrarse en ciertas obras la denominacin antigua de esta unidad, mho.

La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud por la superficie transversal del objeto, as como por la temperatura. A una temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal. Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura.

El trmino resistencia tambin se emplea cuando se obstaculiza el flujo de un fluido o el flujo de calor. El rozamiento crea resistencia al flujo de fluido en una tubera, y el aislamiento proporciona una resistencia trmica que reduce el flujo de calor desde una temperatura ms alta a una ms baja.

Conductor elctrico

Para que un material se considere buen conductor se requiere que posea una baja resistencia para evitar elevadas cadas de tensin y prdidas desmedidas por el Efecto Joule.

Para el transporte de la energa elctrica, as como para cualquier instalacin de uso domstico o industrial, el metal empleado universalmente es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad elctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho ms ligero, lo que favorece su empleo en lneas de transmisin de energa elctrica.

Que es un conductor elctrico?Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad.

Un conductor elctrico es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite sta a todos los puntos de su superficie.

Los materiales ms utilizados en la fabricacin de conductores elctricos son el cobre, el aluminio (siendo el cobre el ms utilizado) y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistencia y dureza a la corrosin, se usa el oro. Aunque todos los metales son conductores electricos existen otros materiales, no metlicos, que tambin poseen la propiedad de conducir la electricidad como son el grafito, las soluciones salinas (p.e. el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma.

Las partes que componen los conductores elctricos son tres muy diferenciadas:

1. El alma o elemento conductor.

2. El aislamiento. 3. Las cubiertas protectoras. 1 2 3

El alma o elemento conductor

Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energa elctrica desde las centrales generadoras a los centros de distribucin (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.).

De la forma cmo est constituida esta alma depende la clasificacin de los conductores elctricos. As tenemos:

Segn su constitucin

Alambre: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por un solo elemento o hilo conductor.

Se emplea en lneas areas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones elctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre aisladores.

Cable: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja seccin, lo que le otorga una gran flexibilidad.

Segn el nmero de conductores

Monoconductor: Conductor elctrico con una sola alma conductora, con aislacin y con o sin cubierta protectora.

Multiconductor: Conductor de dos o ms almas conductoras aisladas entre s, envueltas cada una por su respectiva capa de aislacin y con una o ms cubiertas protectoras comunes.

El aislamiento

El objetivo de la aislacin en un conductor es evitar que la energa elctrica que circula por l, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean stos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalacin. Del mismo modo, la aislacin debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre s.Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido sustancias polimricas, que en qumica se definen como un material o cuerpo qumico formado por la unin de muchas molculas idnticas, para formar una nueva molcula ms gruesa.Entre los materiales usados para la aislacin de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprn y el nylon.Si el diseo del conductor no consulta otro tipo de proteccin se le denomina aislacin integral, porque el aislamiento cumple su funcin y la de revestimiento a la vez.Cuando los conductores tienen otra proteccin polimrica sobre la aislacin, esta ltima se llama revestimiento, chaqueta o cubierta.

Las cubiertas protectoras

El objetivo fundamental de esta parte de un conductor es proteger la integridad de la aislacin y del alma conductora contra daos mecnicos, tales como raspaduras, golpes, etc.

Si las protecciones mecnicas son de acero, latn u otro material resistente, a sta se le denomina armadura. La armadura puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados.

Los conductores tambin pueden estar dotados de una proteccin de tipo elctrico formado por cintas de aluminio o cobre. En el caso que la proteccin, en vez de cinta est constituida por alambres de cobre, se le denomina pantalla o blindaje. Alma conductora Aislante Cubierta protectora

Semiconductores

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos qumicos semiconductores de la tabla peridica se indican en la tabla siguiente.

El elemento semiconductor ms usado es el silicio, aunque idntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear tambin el azufre. La caracterstica comn a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuracin electrnica sp.

Aislantes elctricosAislante,cualquiermaterialque conduce mal el calor o la electricidad y que se emplea para suprimir su flujo.

Elaislanteperfectopara las aplicaciones elctricas sera un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente elctrica hasta 2,5 1024 veces mayor que la de los buenos conductores elctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran nmero de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los ncleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un nmero limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia bsica de los transistores.

Enloscircuitoselctricos normales suelen usarse plsticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos elctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plstico. En los equipos electrnicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones elctricas. Las lneas de alta tensin se aslan con vidrio, porcelana u otro material cermico.

Laeleccindelmaterial aislante suele venir determinada por la aplicacin. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores elctricos. Tambin hay que seleccionar los aislantes segn la temperatura mxima que deban resistir. El tefln se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230C. Las condiciones mecnicas o qumicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasin, y el neopreno, la goma de silicona, los polisteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra los productos qumicos y la humedad.

PROTECTORES DE CIRCUITOSFusibleDispositivo de seguridad utilizado para proteger un circuito elctrico de un exceso de corriente. Su componente esencial es, habitualmente, un hilo o una banda de metal que se derrite a una determinada temperatura. El fusible est diseado para que la banda de metal pueda colocarse fcilmente en el circuito elctrico. Si la corriente del circuito excede un valor predeterminado, el metal fusible se derrite y se rompe o abre el circuito. Los dispositivos utilizados para detonar explosivos tambin se llaman fusibles.

Un fusible cilndrico est formado por una banda de metal fusible encerrada en un cilindro de cermica o de fibra. Unos bornes de metal ajustados a los extremos del fusible hacen contacto con la banda de metal. Este tipo de fusible se coloca en un circuito elctrico de modo que la corriente fluya a travs de la banda metlica para que el circuito se complete. Si se da un exceso de corriente en el circuito, la conexin de metal se calienta hasta su punto de fusin y se rompe. Esto abre el circuito, detiene el paso de la corriente y, de ese modo, protege al circuito.

Los ltimos desarrollos en el campo de los fusibles incluyen modelos que permiten una sobrecarga momentnea sin que se rompa el circuito. stos son necesarios en los circuitos que se utilizan para alimentar los aparatos de aire acondicionado ya que en estos dispositivos es posible que la alimentacin inicial sea mayor. Otro tipo de fusibles de fabricacin reciente contiene diversas conexiones que pueden seleccionarse mediante un conmutador. Si una de las conexiones se funde, se puede seleccionar otra sin remplazar el fusible.

En los circuitos de alto voltaje que experimentan interrupciones frecuentes, y cada vez con mayor frecuencia en instalaciones residenciales, la proteccin se hace por medio de interruptores diferenciales y no de fusibles. Vase Generacin y transporte de electricidad.

DisyuntorUn disyuntor o interruptor automtico es un dispositivo que corta automticamente la corriente elctrica cuando la intensidad que por el circula excede de un determinado valor, con el objetivo de evitar daos a los equipos conectados. A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un nico uso, el disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el dao que caus el disparo (o desactivacin automtica). Se fabrican disyuntores de diferentes tamaos y caractersticas lo cual hace que sea ampliamente utilizado en viviendas, industrias y comercios.

Los parmetros ms importantes que definen un disyuntor son:

1. Calibre o corriente nominal: Corriente de trabajo para la cual est diseado el dispositivo.

2. Voltaje mximo de trabajo.

3. Poder de Corte: Intensidad mxima que el disyuntor puede interrumpir. Con mayores intensidades se pueden producir fenmenos de arco voltaico, fusin y soldadura de materiales que impediran la apertura del circuito.

4. Poder de Cierre: Intensidad mxima que puede circular por el dispositivo en el momento de cierre sin que ste sufra daos por choque elctrico.

5. Nmero de Polos: Nmero mximo de conductores que se pueden conectar al interruptor automtico.

Los disyuntores ms comunmente utilizados son los que trabajan con corrientes alternas, aunque existen tambin para corrientes continuas.

PararrayosPararrayos, dispositivo formado por una o ms barras metlicas terminadas en punta y unidas entre s y con la tierra, o con el agua, mediante conductores metlicos, y que se coloca sobre los edificios o los buques para preservarlos de los efectos del rayo. Un pararrayos es aquel artefacto que, ubicado en lo alto de un edificio o una casa, tiene la funcin de dirigir al rayo junto con su enorme carga elctrica hacia la tierra a travs de un cable a fin de no causar daos.

El rayo se debe a un desequilibrio elctrico entre nubes, o entre la tierra y las nubes. Si la base de la nube est cargada negativamente, atrae cargas positivas de la tierra que est debajo. La diferencia de potencial aumenta hasta que tiene lugar una repentina descarga, el rayo, que neutraliza de nuevo las cargas en la nube y la tierra.

La mayora de los pararrayos estn fundados en el efecto de las puntas, o tendencia de las cargas a escapar por las regiones de mxima curvatura; en este efecto se bas el pararrayos de Benjamin Franklin. El campo elctrico en el extremo del pararrayos es lo suficientemente intenso para ionizar el aire y estas cargas, opuestas a las de la nube, escapan hasta neutralizar o disminuir la diferencia de potencial existente entre la tierra y la nube, que podra dar lugar a la descarga elctrica en forma de rayo. Por otro lado, cuando el rayo descarga sobre el pararrayos, la carga se desliza hasta el suelo sin causar dao.

MATERIALES ELCTRICOSInterruptor

Un interruptor es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito. El modelo prototpico es un dispositivo mecnico (por ejemplo un interruptor de ferrocarril) que puede ser desconectado de un curso y unido (conectado) al otro. El trmino "el interruptor" se refiere tpicamente a la electricidad o a circuitos electrnicos. En usos donde requieren mltiples opciones de conmutacin (p.ej., un telfono), con el tiempo han sido remplazados por las variantes electrnicas que pueden ser controladas y automatizadas

Smbolo de un interruptor

Conmutador (dispositivo)

Un conmutador es un dispositivo que permite modificar el camino que deben seguir los electrones. Los hay de tres tipos:

Manuales : varias placas, una bobina y una palanca. Suelen ser de dos a seis placas. Cuando no tiene tension la bobina (se dice que est en reposo), los electrones fluyen hacia una direccin. En cambio, cuando se le proporciona la tensin necesaria a la bobina, esta atrae a un metal, que va unido a la palanca y esta empuja y mueve las placas, de manera que se ve alterado el camino a seguir por los electrones.

Varias placas : Una bobina y una palanca. Suelen ser de dos a seis placas. Cuando no tiene tension la bobina (se dice que est en reposo), los electrones fluyen hacia una direccin. En cambio, cuando se le proporciona la tensin necesaria a la bobina, esta atrae a un metal, que va unido a la palanca y esta empuja y mueve las placas, de manera que se ve alterado el camino a seguir por los electrones.

Electrnicos: Lo forman los transistores, los triacs, los tiristores, las vlvulas, etc...

Timbre elctrico

Esquema de funcionamiento.

Un timbre elctrico es un dispositivo capaz de producir una seal sonora al pulsar un interruptor. Su funcionamiento se basa en fenmenos electromagnticos.

Consiste en un circuito elctrico compuesto por un generador, un interruptor y un electroimn. La armadura del electroimn est unida a una pieza metlica llamada martillo, que puede golpear una campana pequea.

FuncionamientoAl cerrar el interruptor, la corriente circula por el enrollamiento del electroimn y este crea un campo magntico en su ncleo y atrae la armadura. El martillo, solidario a la armadura, golpea la campana produciendo el sonido. Al abrir el interruptor cesan la corriente y el , y un resorte devuelve la armadura a su posicin original para interrumpir el sonido.

Para conseguir que el campana repetidamente mientras el es cerrado, y no una sola vez, se sita un contacto acta como un . As, cuando la armadura es atrada por el electroimn, se interrumpe el contacto, cesa la corriente en el electroimn y la armadura retrocede a su posicin original. All vuelve a establecerse el contacto elctrico, con lo que el electroimn vuelve a atraer a la armadura, y as sucesivamente.

Modernamente, muchos timbres no tienen interruptor, basndose en golpear la campana al doble de la frecuencia de la red. Tienen la ventaja de ser ms fiables y ms duraderos, ya que no se ensucian ni se desgastan los contactos del interruptor. Algunos no tienen ni campana, bastando la vibracin de los contactos transmitida a la caja del timbre. A veces se llama zumbadores a estos timbres sin campana,porque el sonido que producen es un zumbido;

Tomas de corriente

Es comn el uso de ladrones o de enchufes mltiples, estos se pueden usas con cuidado de no superar la intensidad mxima permitida por el ladrn (o base mltiple) ni del enchufe.

Imgenes de un mal uso de las tomas de corriente o enchufes. En la imagen de la izquierda, el ladrn est soportando ms intensidad de la permitida. En la imagen de la derecha, no se supera la intensidad, pero el lo de cables y el desorden, no son aconsejables.

Cajas de conexin y derivacin

Las cajas de derivacin o de conexin, son aquellas que contienen empalmes de la instalacin elctrica.

Toman de una lnea una o varias derivaciones que alimentan distintas partes de la instalacin elctrica.

Para que la conexin o empalme sea correcta, se deben utilizar regletas o capuchones de conexin. En las siguientes imgenes se pueden observar dos cajas de derivacin, la de la izquierda est hecha bajo norma, utilizando regletas de conexin; en cambio, la de la derecha, trenza los cables y los empalma con cinta aislante, esto es del todo incorrecto, ya que puede llegar a deteriorarse la cinta, separarse los conductores y provocar un incendio.

El uso de esparadrapo o de cinta adhesiva est totalmente desaconsejado, por no tener un aislamiento adecuado.

Empalme incorrecto

Empalme correcto

Interruptores y conmutadoresLos interruptores son aparatos de poder de corte con dos posiciones, una de apertura y una de cierre. Sirven para controlar un punto de luz desde un nico sitio.

Los conmutadores tienen la misma funcin, pero controlan el punto de luz desde dos sitios distintos.

PortalmparasSon soportes sencillos de una lmpara o bombilla.

Han de estar bien conectados, ya que si se hace incorrectamente puede ser peligroso.

Esta sera la forma correcta de conexionar un portalmparas, ya que si as se toca la bombilla, est no dar corriente. Cosa que s puede pasar en la otra conexin.

Conexionado incorrecto del portalmparas, ya que si se toca la bombilla, aunque est apagada, puede transportar corriente.Interruptores, apagadores o suichesLos interruptores son aparatos diseados para poder conectar o interrumpir una corriente que circula por un circuito. Se accionan manualmente.

ConmutadoresLos conmutadores son aparatos que interrumpen un circuito para establecer contactos con otra parte de ste a travs de un mecanismo interior que dispone de dos posiciones: conexin y desconexin.

Cajas de empalmes y derivacin:Las cajas de empalme (cajetines) se utilizan para alojar las diferentes conexiones entre los conductores de la instalacin. Son cajas de forma rectangular o redonda, dotadas de guas laterales para unirlas entre s

HERRAMIENTAS ELECTRICAS

En comparacin con otras actividades, como la carpintera, el nmero de tiles que cabe considerar como especficamente destinados al trabajo con electricidad, es muy reducido. A continuacin analizaremos los ms importantes.

AlicatesHerramienta de mano formada principalmente por dos partes, una por donde se gobierna y sujeta con la mano llamada mango, y otro la til o parte por donde se efectan los distintos trabajos.Los alicates se emplean para retener cables y moderarlos, sostener o alcanzar tuercas o arandelas pequeas. Los hay de varios tipos:

Alicates universales: se componen de tres partes diferenciadas. Una pinza robusta para trabajar sobre conductores gruesos; unas mandbulas estriadas y una seccin cortantes.

Es muy utilizada en todos aquellos trabajos en los que haya que efectuar considerables esfuerzos mecnicos, tales como:

Cortado de conductores de gran seccin.

Sujecin de conductores elctricos.

Tensado de conductores.

Doblado de materiales conductores.

Alicates de tijas cnicas: consiste en dar la forma adecuada a los terminales de los conductores que deban fijarse con tornillos.Alicates de punta: alicates que tienen superficies de contacto planas y en su extremo ms distal es de forma redondeada para poder realizar trabajos de precisin. Algunas de sus aplicaciones son:- Realizacin de bordes anillados en hilos conductores.

Alicates de punta cigea: est formado por dos puntas en forma de pico de cigea, donde su extremo ms distal se encuentra doblado. Cada una de sus puntas de contacto contiene un semicrculo acuado. Sus aplicaciones son:

Sujecin momentnea de tornillos para poder atornillarlos en lugares de difcil acceso.

Bornes anillados en lugares de difcil acceso.

En definitiva, cualquier trabajo que precise una presin y en posiciones que dificulten el trabajo de herramientas ms cortas.

Alicates de punta plana: alicates con superficies de contacto totalmente planas. Su uso es muy similar al alicate universal.Alicates de corte: alicates con superficies acuadas con la utilidad de cortar hilos, cables o similares.

Destornilladores o atornilladoresExisten muchos tipos de destornilladores; en principio, los ms utilizados son los destornilladores de punta plana y los de estrella o Philips.

Atornillador de punta plana: su uso est indicado en introducir y apretar o extraer y aflojar todo tipo de tornillos con ranura en la cabeza apropiada.

Como existe mucha diferencia en cuanto a dimensiones y grosor de lostornillos en el mercado, habr muchos tipos de destornilladores dependiendo de sus dimensiones.

Para evitar electrocuciones, algunos destornilladores empleados en trabajos de naturaleza elctrica van recubiertos de una capa de material plstico aislante no slo en el mango, sino tambin en la mayor parte del cuello de metal.

Atornillador de estrella o Philips: este otro tipo de destornilladores es muy empleado actualmente. La forma de la punta es en cruz. La forma de utilizacin es la misma que la del atornillador de punta plana o clsica.

Detector de tensinConocido popularmente como buscapolos, es una herramienta de gran utilidad.

Se trata de una especie de destornillador, pero adems tiene una utilizacin muy definida. Esta utilizacin es la de comprobador de tensin en los enchufes como aparatos elctricos.

Est compuesto de un mango de plstico transparente, en cuyo interior se encuentra alojada una lmpara de nen que se enciende cuando la punta entra en contacto con la fase del enchufe y cuando uno de los dedos de la mano hace contacto con la chapa metlica de la parte ms posterior del destornillador-buscapolos.

Cuchillo de electricistaNavaja o cuchilla de forma recta con filo a todo lo largo de la hoja de acero. Est provisto de un mango de madera que va unido a la hoja de acero por medio de remaches. Se emplea para pelar cables e hilos, y tambin para raspar el esmalte de los conductores para poder despus emparmarlos o soldarlos.

Pelacables y remachadores.Son herramientas con utilidad de pelar cables y remachar terminales especiales para su posterior unin elctrica. Hay pelacables de diferentes tipos, de los cuales mostramos tres:

Cortacables-pelacables-remachador: Instrumento muy comn que tiene la posibilidad de pelar y cortar hilos y cables, y adems tambin tiene la posibilidad de remachar terminales.

Cortacables-pelacables: Instrumento de morfologa totalmente diferente al anterior pero prcticamente con las mismas caractersticas, salvo la de remachar.

Cortacables-pelacables: Instrumento bsico de corte y pelado de hilos y cables.

Tijera electricistaHerramienta manual utilizada por los electricistas para los trabajos de cortado de cables finos y pelado de conductores. Est compuesta por dos piezas, cada una de las cuales tiene una zona cortante y otra de manipulacin. Estas dos piezas van unidas gracias a un tornillo o remache.

PinzasInstrumento de diversas formas cuyos extremos posteriores se aproximan para sujetar alguna cosa.

Pinzas universales: estas pinzas al presionar ambos brazos, se aproximarn los extremos.

Pinzas en ocho: al presionar ambos brazos, se separan los extremos.

Hay tambin pinzas diferentes en cuanto a tamao y en la forma de susextremos: planas, curvas, dentadas, lisas, etc.ReglaRegla mtrica graduada en centmetros y en pulgadas.

MetroInstrumento de medida que se utiliza para medir la distancia entre dos puntos.

Escuadra graduada con taconEsta herramienta va a ser muy utilizada en varios trabajos de taller, ya que con ella podemos realizar medidas, marcas, comprobar planicies y poner caras a escuadra.Esta escuadra est formada por dos lados de 90, unos de los uales est graduado, haciendo as las funciones de una regla graduada; al otro ladose le conoce como tacn de la escuadra, llamndole tacn a inglete porque tiene una seccin a 45 en la junta de los dos lados.

NivelAparato utilizado para verificar la correcta posicin de los elementos elctricos. Se compone de un soporte metlico o lstico y una ampolla de vidrio marcada, y llena de lquido, con una burbuja de aire que a su vez marcar el nivel.

GraneteHerramienta manual fabricada con un acero de aleacin especial de gran resistencia ya que se utiliza para realizar hendiduras sobre materiales que pueden tener una dureza considerable.

Punta trazadoraHerramienta empleada para trazar o marcar lneas de referencia. Est compuesta de una varilla acodada, cuyos extremos terminan en una punta muy aguda.

Martillo de eletricistaHerramienta manual utilizada para golpear, compuesta de una maza-martillo y un mango de madera por donde se gobierna.

Soldador elctricoHerramienta de electricista empleada para soldar, ayudndose del estao, todo tipo de empalmes, conexiones, etc.

Existen varios tipos de soldadores: pueden ser de calentamiento por induccin, por resistencia, etc.El ms empleado es el de calentamiento por medio de resistencia, funcionando de la siguiente forma: se conecta el soldador a la red generadora de tensin propia de la resistencia de calentamiento; esta resistencia est enrollada sobre un material aislante y se encuentra dentro de la varilla de cobre que se calienta. Para soldar se pone la varilla de cobre en contacto con los elementos o partes metlicas que se desean soldar y con el estao, de tal forma que el estao se derretir y se propagar entre las dos partes previamente calentadas. Despus se aparta el soldador y, gracias a ladisminucin de la temperatura, el estao volver a solidificar, aunque ahora formar parte de un contacto elctrico.Cinta aislanteCinta adhesiva que se utiliza para aislar conexiones y empalmes. Se envuelve con cinta aislante de PVC toda la zona de empalme, rebasndola inclusive por ambos extremos, de forma que se cubra tambin parte del propio aislamiento del conductor. Puede ser de material plstico, polivinilo, etc. Es flexible y tiene una cierta resistencia mecnica.

Llave fijaEs un utensilio que se utiliza en la electricidad para aflojar y apretar tuercas.

Elementos complementarios- Es importante contar con una linterna porttil. Resultara muy til si se ha de hacer reparaciones elctricas cuando ya no hay luz natural y es necesario cortar el fluido.

- Un serrucho ser un buen complemento ya que hay trabajos de electricidad para los que es necesario cortar madera, metal o plstico.

- El taladro manual se puede emplear para pequeas perforaciones y en materiales delgados. Tambin se puede utilizar para hacer agujeros en la pared, siempre que no sea de gran envergadura.- Un cter, que tambin podemos emplear para desnudar cables.LOS PELIGROS DE LA ELECTRICIDAD

Cuando una corriente elctrica de cierta intensidad atraviesa el cuerpo humano, puede

llegar a constituir un accidente grave que provoque la muerte, por lo que si bien es

indispensable considerar en todo proyecto elctrico moderno la aplicacin de las

normas de seguridad, de nada vale todo ello, sino se educa a los usuarios para una

adecuada utilizacin y mantenimiento de las instalaciones y artefactos, de modo que

tomen conciencia de los peligros que corren.

Factores de peligro de la electricidad

Estos ltimos aos, el nmero de accidentes debidos a la corriente elctrica ha disminuido considerablemente y esta evolucin favorable tiene como origen, la aplicacin de las modernas normas de seguridad en el proyecto y la ejecucin de las instalaciones.

Sin embargo, los peligros debidos a la electricidad no estn por ello descartados, en la medida que los usuarios, que obviamente no cuentan con conocimientos tcnicos, tomen conciencia de las medidas de seguridad que deben adoptarse en la utilizacin de esas instalaciones.

El principal factor de peligro lo constituye la intensidad de corriente que atraviesa el cuerpo y la duracin de su accin, que depende de la tensin existente y de la resistencia que se opone a su paso, que puede variar en funcin de la caracterstica de los tejidos internos, la forma y superficie de contacto y bsicamente de la longitud del recorrido de la corriente.

Aparte del cuerpo, otras resistencias se oponen tambin al paso de la corriente que lo vinculan con tierra, como los vestidos, el calzado, los suelos, los elementos de construccin, etc. Un factor importante lo constituye la humedad del ambiente y la que se halla sobre la piel disminuye la resistencia, razn por la cual los accidentes debidos a la electricidad son habitualmente ms numerosos en lugares con mucha humedad.

No obstante, una substancia no siempre presenta una mayor resistencia porque est seca, dado que puede contener sales, cidos, metales o elementos que no ofrecen una resistencia significativa al paso de la corriente elctrica.

Las tensiones no peligrosas pueden calcularse teniendo en cuenta las intensidades de corriente mximas admisibles que pueden atravesar el cuerpo sin peligro. Se ha determinado que tensiones de 24 voltios o menos en los lugares secos de viviendas, departamentos o lugares de trabajo, difcilmente pueden dejar pasar corrientes peligrosas a travs del cuerpo humano.

Por el contrario, estas mismas tensiones pueden llegar a originar problemas en los baos, natatorios y locales hmedas en general. Debe destacarse, que instalaciones de poca tensin pero de gran potencia, pueden engendrar arcos de cortocircuito muy peligrosos.

Investigaciones efectuadas, determinaron que la gravedad de las lesiones depende fundamentalmente de la duracin del paso de la corriente a travs del cuerpo. As, el cuerpo humano puede soportar durante un lapso de tiempo muy corto la circulacin de ciertas intensidades de corriente y esta es la causa de que una persona sometida a una corriente relativamente intensa pueda no sufrir lesiones importantes si logra interrumpir rpidamente su circulacin.

Por tal motivo, el Reglamento de la Asociacin Electrotcnica Argentina establece entre las normas de seguridad que deben considerarse en los proyectos de las instalaciones, que en caso de fallas el cuerpo humano no debe sobrepasar una intensidad mxima de 30 mA en 30 milisegundos, limitndose la tensin mxima de contacto a 24 volts.

Tipos de accidentes debido a la electricidad.

Una corriente elctrica se establece a partir del momento en que el cuerpo toma contacto con conductores o partes de una instalacin elctrica bajo tensin determinndose dos tipos de contactos que pueden producir accidentes como se muestran en las figuras 1 y 2:

Directo

Indirecto

Se considera contacto directo tocar elementos conductores desnudos o no aislados, tales como cables areos, los terminales de conexin, las partes desnudas de los cables deteriorados, etc.

Se considera contacto indirecto tocar artefactos y motores elctricos provistos de armazones o de partes metlicas que han quedado bajo tensin debido a una falla de aislamiento. Estas fallas pueden provenir de choques, trepidaciones repetidas, infiltraciones de agua u otros lquidos conductores. etc.

Efectos de la corriente elctrica en el cuerpo humano.

La corriente elctrica tiene como efecto excitar y contraer los msculos que atraviesa. La crispacin alcanza casi siempre un grado tal, que no es posible librarse de un objeto bajo tensin ha sido con la mano y en la medida que los msculos respiratorios son tambin alcanzados, las vctimas pueden perecer asfixiadas.Efectos de un accidente elctricoChoque elctrico: Producido por contacto directo o proximidad a circuitos energizados. Efectos de tipo nervioso, contraccin muscular, desvanecimiento y paro cardaco

Quemaduras por corriente elctrica: Son debidas al paso de la corriente elctrica a travs del cuerpo. Quemaduras en tejidos rganos y nervios a nivel superficial e internoGases: Debidos a las altas temperaturas alcanzadas en el arco elctrico. Pueden ir acompaados de partculas de material y/o proyecciones

Bola de fuego: Fenmeno de llama directa ocurrido durante la aparicin del arco elctrico. No alcanza mucha distancia

Energa radiante: Onda electromagntica de energa debida al arco elctrico. Velocidad de 300.000 Km/s a una temperatura de 19500CLa corriente que atraviesa el cuerpo influye no slo en la musculatura, sino tambin en el corazn. La funcin del corazn va ligada a un proceso electroqumico y dbiles impulsos de corriente que emanan del centro cardioregulador, hacen que el miocardio se contraiga a intervalos regulares.

Una corriente de intensidad suficiente proveniente del exterior y que atraviesa el miocardio, altera el ritmo cardaco, provocando fibrilaciones ventriculares, es decir, movimiento espasmdicos desordenados. Dado que en este caso la circulacin sangunea queda prcticamente interrumpida, la vctima se halla virtualmente en peligro de muerte.

Por otra parte, la corriente provoca tambin frecuentemente y de forma indirecta, heridas en personas que por una conmocin elctrica pierden el equilibrio y caen, por ejemplo, de una escalera.Adems, ocurren efectos trmicos dado que cuando una corriente pasa al cuerpo a travs de la penetracin de un pequeo hilo saliente de un cable bajo tensin, se produce una gran densidad de corriente en dicho punto, que provoca una fuerte elevacin de temperatura que originan quemaduras, que en general carecen de gravedad, pero si penetran profundamente, los tejidos destruidos de la piel y de la carne son causa de focos de infeccin.

Las quemaduras debidas a la accin de la alta tensin con mucho ms graves.

En la mayora de casos, enormes cantidades de energa son liberadas, provocando quemaduras profundas y de gran extensin, con sntomas de infeccin y a veces, resulta inevitable amputar los miembros afectados.

Por otra parte, cuando un arco elctrico originado por un cortocircuito alcanza auna persona, el calor puede provocar quemaduras en la piel y lesiones en los ojos, dado que la temperatura en el centro de un arco elctrico puede alcanzar miles de grados centgrados. Adems, puede ocurrir que el calor del arco elctrico prenda fuego a los vestidos de manera que causen, como efecto secundario, quemaduras peligrosas a las personas y es uno de los orgenes del riesgo de incendio que se producen en los edificios.

En la figura 3, se indican los efectos posibles de la corriente elctrica que atraviesa el cuerpo humano. La llegada de la electricidad a la mano, se ha producido por un desgaste del cable cuya aislacin se ha deteriorado, produce el contacto directo de la piel con el conductor.

Fig.3 Circulacin de corriente por el cuerpo humanoLa corriente atraviesa el cuerpo y sale por los pies hacia el piso, lo cual permite cerrar el circuito por tierra y el tipo de lesin que se produce y su gravedad depende bsicamente de la intensidad de corriente y del tiempo que dure el contacto.

Daos causables por la electricidad

Daos a las personas

Los accidentes elctricos representan un porcentaje bajo respecto a los debidos a otras causas,

aunque la electricidad est presente en todo tipo de actividades humanas.

Algunos accidentes podran evitarse si se utilizan los equipos de proteccin individual (EPI) y las herramientas adecuadas.

La gravedad de los accidentes es mayor en alta tensin.

Los daos que puede causar la electricidad pueden clasificarse de la siguiente forma:

Causados por el paso de la corriente a travs del cuerpo humano.

Causados por la presencia de campos electromagnticos.

Por otras causas.

Daos causados por el paso de la corriente a travs del cuerpo humano

La causa fundamental de daos producidos por la electricidad es el paso de la corriente elctrica a travs del cuerpo humano. Para que circule intensidad a travs del cuerpo humano es necesario que entre dos partes del mismo exista una tensin (o diferencia de potencial). Por el hecho de que el cuerpo humano en su conjunto est a una tensin diferente de otra existente en algn objeto de su entorno, del que se encuentre elctricamente aislado, no hay riesgo de daos causados por el paso de la corriente, aparece un riesgo debido a los efectos del campo elctrico correspondiente.

Inmediatos

Contraccin muscular, que puede provocar cadas, que a su vez pueden causar:

Impacto, cortes, quemaduras (por contacto con zonas calientes), etc

Incremento de la corriente (por la invasin de una zona ms peligrosa)

Dificultad de respiracin, que puede provocar asfixia.

Perturbaciones en el corazn, que pueden ser:

Fibrilacin ventricular. Produce un movimiento anormal del corazn que provoca la perdida

de presin sangunea.

Fibrilacin auricular.

Parada cardiaca.

Como consecuencia de la falta de circulacin de la sangre se produce la muerte de las

clulas cerebrales por falta de oxgeno (anoxia).

Aumento de la presin sangunea.

Quemaduras en las zonas de paso de la corriente.

La causa principal de muerte se considera la fibrilacin ventricular. En algunos casos

aparecen tambin como causas la parada cardiaca y la asfixia.

Secundarios

Cerebrales

Circulatorios

Renales

Causados por la presencia de campos electromagnticos

Los efectos de los campos electromagnticos sobre el cuerpo humano han sido

objeto de preocupacin y alarma social creciente en las ltimas dcadas. Los campos

electromagnticos y sus efectos estn relacionados con su frecuencia. Entre 0 y 10 kHz los campos elctricos y magnticos deben considerarse por separado. Existen efectos a corto plazo bien establecidos, dependientes de la frecuencia como:

La estimulacin de clulas nerviosas y musculares

El calentamiento.

Efectos directos.

Un campo elctrico induce una carga en la superficie de un cuerpo expuesto, que puede provocar cosquilleo de la piel, vibracin del vello y pequeas descargas electrostticas.

Los campos magnticos variables inducen en el interior del cuerpo tensiones que a su vez dan lugar a corrientes. La corriente inducida puede estimular los nervios o el tejido muscular.

Los campos electromagnticos pulsados pueden producir otro tipo de efectos como percepcin

auditiva de pulsos de microondas adems de aquellos asociados a la radiacin de la onda. Pueden tener tambin efectos indirectos como quemaduras por tocar objetos calentados por efectos de los campo electromagnticos. La Norma experimental ENV 50166 establece restricciones bsicas para evitar las consecuencias nocivas de los efectos de los campos. No es frecuente que aparezcan campos con la magnitud y frecuencia necesaria para que induzcan tensiones en el interior del cuerpo humano que provoquen intensidades inducidas peligrosas. En la tabla siguiente se indican los efectos en funcin de las densidades de corriente inducidas.

Densidad de corriente inducida Hasta 1 mA Imperceptible para el hombre

2 a 3 mA Sensacin de hormigueo

3 a 10 mA El sujeto se desprende del contacto

10 a 50 mA No es mortal durante poco tiempo

50 a 500 mA Fibrilaciones y quemaduras internas

> 500 mA Muerte por parlisis en centros nerviosos

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