Manual de Electricidad

APUNTES SOBRE INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOMICILIARIAS

Incluye:

Teoría básica sobre electricidad Análisis de circuitos eléctricos Tecnología de los materiales Guía de seguridad eléctrica

HORACIO GARCÍA 1

Instalaciones eléctricas domiciliarias

Horacio García

2


Horacio García

3


Horacio García

4


Horacio García

A la paciencia de mi familia. A los que se fueron para no volver.

5


Horacio García

6


Horacio García

HORACIO GARCÍA

APUNTES SOBRE INSTALACIONES ELÉCTRICAS DOMICILIARIAS

Incluye:

Teoría básica de Electricidad. Análisis de circuitos eléctricos. Tecnología de los materiales. Guía de seguridad eléctrica.

7


Horacio García

8


Horacio García

NOTA DEL AUTOR

El presente manual surge más como un deseo que como una necesidad. Los maestros que nos dedicamos a enseñar electricidad domiciliaria sabíamos que no había textos lo suficientemente adecuados para que los chicos lean y repasen los conceptos que intentamos transmitir en clase; particularmente tengo la impresión de hablar durante horas enteras sin soporte ni aval teórico que confirme o refute lo que digo o lo que hago. Ni hablar de los pobres muchachos interesados en el tema que no saben de dónde sacar información complementaria que sostenga y complemente los dichos del maestro. Pues no, es cierto. La información que se encuentra a disposición (llámese internet, libros o apuntes), soslayan los dos extremos: o son textos de electricidad para ciclo primario, por tanto demasiado “flojos” o, textos de índole universitaria que rozan el delirio teórico; pero nada intermedio, nada que vaya al grano, al centro mismo del tema sin necesidad de tratar al muchacho como un interno del Borda o un alumno del Instituto Balseiro. Me llevó tres años recopilar y transformar información de todo tipo. Años en los que no desperdicié nada de lo que llegaba a mis manos traduciéndolo al lenguaje CEMOE; porque no es fácil; porque me dio muchísimo gusto hacerlo; porque sé que es necesario (sino urgente); porque tengo la seguridad de que al menos alguna persona quedará satisfecha; porque estoy seguro de la avidez de los muchachos; porque creo en el libro-papel que se transporta en la mochila junto al MP4; porque creo que, al menos en el baño, alguien lo va a leer; por estas, y por muchas razones más, deseo iniciar con estas páginas, un camino de ida y vuelta, en donde un primero arroja la pelota (esta vez me tocó a mí) para que corra; y ojalá vuelva a mis manos repleta de críticas constructivas, consejos, cambios que mejoren la información, etc. Éste no es un libro terminado, es apenas un comienzo, una mirada particular sobre un tema en especial. Sé que hay muchos docentes como yo que escribieron (o escriben) apuntes sobre electricidad para los chicos del CEMOE, de ellos, y de la comunidad educativa en general, espero alguna devolución. Lo dicho, éste no es un libro acabado, si así lo fuera no hubiese cometido la torpeza de escribirlo. Entonces, arrojo el guante, hago rodar la bola, tengo la esperanza que volverá repleta de graffitis buenos y malos, pero movilizadores. Para aquellos interesados, verán que el manual incluye teoría de la electricidad, y tecnología. Ello se debe, en primer lugar al hecho de que estas materias me parecen que son las herramientas primarias y necesarias para un acercamiento efectivo a las instalaciones eléctricas domiciliarias y, en segundo lugar, porque son las materias que se dictan en el colegio donde cumplo mis funciones. Debo aclarar que no fue un descuido, sino una omisión premeditada el hecho de no incluir apuntes sobre seguridad eléctrica y reglamentaciones vigentes de instalaciones eléctricas domiciliarias. Dicha omisión se debe a un problema de espacio: hay que estar muy dispuesto para enfrentar un libro de seiscientas páginas como para agregarle doscientas más. Por ahora, lo más urgente, luego vendrán los artículos de lujo en las próximas ediciones. Finalmente, algún que otro avezado y atento lector puede comprobar que utilizo diferentes registros textuales en cada materia; ello se debe a que fueron escritas en épocas diferentes. Fue mi decisión dejarlas tal cual fueron creadas para comprobar que los seres humanos también evolucionan. Atento lector, no te distraigo más y te dejo a solas con el libro para que lo maltrates, pues, estimo, va a ser un libro sufrido como todo primer hijo. En caso de necesidad y/o urgencia, rompa el vidrio y escriba unas líneas a [email protected] , mi espacio virtual. Estoy seguro, nos volveremos a ver. Que Dios los bendiga. 9


Horacio García

APUNTES SOBRE ELECTRICIDAD

10


Horacio García

CAPÍTULO 1 CONCEPTOS DE LA ELECTRICIDAD EN BASE A LA TEORÍA ATÓMICA

      

Introducción. Un poco de historia. Estructura Atómica. El átomo y sus partes. Cómo se comportan los electrones. Conductores Aislantes.

11


Horacio García

INTRODUCCIÓN La Física y las Matemáticas son las ciencias que más han contribuido a un conocimiento de la naturaleza de la electricidad. Muchos de los principios fundamentales de la física están directamente relacionados con el estudio de la electricidad. De particular importancia son aquellos principios que conciernen a la estructura atómica de la materia, la electrostática, el magnetismo, etc. Las primeras explicaciones del comportamiento de la electricidad fueron teorías presentadas por varios científicos. Las propiedades de la electricidad con sus características definidas han permitido a los hombres de ciencia verificar, a través de experimentos, algunas de las teorías que explican la acción eléctrica y de esta forma, desarrollar estas teorías en leyes. En el curso de la vida diaria la electricidad se transforma en energía calórica, energía sonora, energía lumínica y energía mecánica, en artefactos como tostadoras, sistemas amplificadores, tubos de televisión y motores eléctricos. La civilización moderna depende de equipos electrónicos y eléctricos para dos propósitos: producción y comodidad. Este capítulo presenta unos pocos de los principios básicos de física que se requieren para un mejor entendimiento de la electricidad. Comienza con el estudio de la estructura atómica de la materia proporcionando una base para explicar la naturaleza de la corriente eléctrica. UN POCO DE HISTORIA Hasta hace muy pocos siglos, la electricidad era algo absolutamente inconcebible. No era sólo que estuviera por descubrirse el ilimitado campo de su aplicación práctica, sino que simplemente el ser humano no podía imaginarse que una cosa que no era ni líquida, ni sólida, ni gaseosa, que no ocupaba ningún lugar en el espacio y que no se podía ni ver ni tocar, pudiera constituir, sin embargo, un elemento normal de la naturaleza. Habían sido observadas sus manifestaciones naturales, como la fuerza del rayo y las descargas producidas por ciertos peces. A lo sumo se había constatado la casi imperceptible atracción que ejerce el ámbar sobre trozos de tela o papel. Y nada más. Se ignoraba que todos aquellos fenómenos eran distintas manifestaciones de un solo poderoso agente, la electricidad, que debidamente aprovechado estaba destinado a cambiar la faz del mundo. Los efectos eléctricos empezaron a ser conocidos ya en la Antigüedad. Los griegos fueron los primeros en comprobar la propiedad del ámbar amarillo, frotado, de atraer los cuerpos ligeros, y de la palabra “elektr on”, en griego, ámbar amarillo, procedió el nombre de esta singular forma de energía. Posteriormente, los romanos ensayaron los primeros métodos de electroterapia de la historia, sumergiendo a los paralíticos en lagunas con abundancia de peces eléctricos, a fin de que los inválidos recibieran sus descargas, las que consideraban benéficas. Más tarde se comprobó que otros cuerpos, como la piedra imán, el vidrio, la resina, el diamante y el cuarzo, tenían fuerza de atracción semejante a la del ámbar. Pero tuvieron que transcurrir muchos siglos para que se buscara una explicación racional de aquellos fenómenos. La única interpretación que se dio al respecto en la Antigüedad correspondió a Tales de Mileto, que, a su modo, ofreció una verdadera hipótesis científica, al afirmar: “ estas sustancias encierran un alma, están vivas, puesto que pueden atraer hacia sí materias inanimadas, como mediante una aspiración del soplo”. Pero ni la civilización griega ni la romana, ni luego el mundo de la Edad Media contribuyeron de manera importante a la comprensión de la electricidad y del magnetismo, a pesar de que sus poderes de atracción continuaron interesando esporádicamente a los eruditos y divirtiendo o atemorizando a los ignorantes. El estudio científico de la electricidad se inició recién en el siglo XVII, cuando varios investigadores dieron importantes pasos, que conducirían más tarde al dominio de aquella desconocida fuerza. En 1600, William Gilbert, médico privado de la reina Isabel I de Gran Bretaña, publicó un tratado en latín titulado “De Magnete, Magneticusque Corporibus”, en el que abordaba el magnetismo y las propiedades de atracción del ámbar y de otras sustancias dotadas de su misma particularidad, a las que llamó “eléctricos”. La obra, que fue leída or todos los sabios europeos de la época, tuvo una enorme influencia, ya que consiguió despertar la atención del hombre hacia el fenómeno eléctrico. En todas partes los investigadores se dieron a la tarea de frotar 12


Horacio García

diversos “eléctricos” y observar atentamente lo que ocurría. Un jesuita italiano, Niccola Cabeo, descubrió que los cuerpos cargados, unas veces atraen y otras repelen. Otto von Guericke llegó más lejos, y en 1660 construyó la primera máquina que haya generado una carga eléctrica, la cual consistía, en esencia, una gran bola de azufre, a la que se imprimía un rápido movimiento de rotación. Las manos, aplicadas contra la bola, producían una carga mucho mayor que el frotamiento tradicional hecho hasta entonces. El siglo XVIII fue un período extraordinario para el progreso de las investigaciones en el terreno de la electricidad. En 1707 el inglés Francis Hawkesbee construyó una máquina eléctrica de fricción, perfeccionada: en ella un globo de vidrio vino a sustituir a la bola de azufre utilizada por Von Guericke. Dos décadas más tarde, en 1729, Stephen Gray descubrió en Inglaterra la conducción, es decir, el flujo real de la electricidad y, lleno de entusiasmo, empezó a transmitir cargas de un sector a otro de su casa, sirviéndose de “cables” fabricados, entre otras cosas, con trozos de caña.

Dos franceses, Cisternay Dufay, gran teniente de Luis XV, y el reverendo JeanAntoine Mollet, importante personaje de la corte y notable físico, tuvieron noticia de los trabajos de Gray sobre la conducción, e iniciaron sus propios experimentos. Primero, descubrieron que el cuerpo humano era un excelente conductor de la electricidad: en la oscuridad de la noche, Dufay, suspendido por cuerdas de sedas aislantes, se hacía cargar con un aparato eléctrico del tipo de Hawkesbee; cuando Nollet lo tocaba, salían de él grandes chispas, provocando el regocijo de la corte, la cual, naturalmente, veía en la experiencia sólo un motivo más de diversión. Sin embargo, otro experimento, menos espectacular, llevado a cabo por uno de ellos, estaba destinado a tener mayores consecuencias. Dufay descubrió que todos los objetos cargados por medio del mismo tubo de vidrio se rechazaban unos a otros y que, por el contrario, atraían a los cuerpos cargados mediante una barrita de resina electrificada. En consecuencia, dedujo que debían existir “dos tipos de electricidad”, a las que , de acuerdo a sus generadores, llamó la “vítrea” y la “resinosa”. Así fue como, pese a la falacia de la afirmación de que había dos electricidades, fue descubierta la ley fundamental del fenómeno eléctrico: “Las cargas similares se rechazan y las disímiles se atraen”. Los rápidos progresos realizados en el conocimiento de a electricidad durante la primera mitad del siglo XVIII, llevaron a la certeza de que, a pesar de su apariencia imponderable, el fluído eléctrico era un agente manejable sometido a leyes aún ignoradas, pero factibles de ser descubiertas mediante experimentos. Asimismo, de las experiencias realizadas en laboratorios y salones surgió la idea de que era posible almacenar o recoger de una manera práctica la electricidad, y a ello se encaminaron todas las investigaciones. Es así como se creó la famosa botella de Leyden, inventada simultáneamente en 1745 por un pastor luterano alemán, E. C. Kleist, y un hombre de ciencia holandés, Van Musschenbroek, de Leyden. Kleist, a la sazón obispo de Pomerania, buscando la manera de aislar el fluído eléctrico lleno parcialmente de agua una botella y, sosteniéndola con la mano, la conectó a una máquina eléctrica por medio de un hilo de bronce unido a un tapón.

13


Horacio García

En el momento en que alejaba el receptáculo recibió una descarga tal, como nunca antes la había recibido, y que le “paralizó los brazos y los hombros”. La experiencia de Van Musschenbroek, llevada a cabo con su discípulo Cuneus, fue muy similar, por no decir igual: también ellos trataron de cargar una jarra de agua llena hasta la mitad, y la unieron a una máquina eléctrica por medio de un conductor de metal pesado, recibiendo una violenta descarga. Si bien el aparato se había logrado al unísono en Alemania y Holanda, fue este último país el que se llevó las palmas del invento, y por una razón muy sencilla: mientras Van Musschenbroek estaba considerado como un físico eminente, Kleist era casi un desconocido como investigador. Así, nadie se preocupó de la “botella de Pomerania”, sino que todo el mundo empezó a hablar de la “botella de Leyden”, y con ese nombre quedó hasta el día de hoy. La botella de Leyden se difundió rápidamente, y sus descargas, poco más que un relámpago de electricidad “estática”, se convirtieron en uno de los principales temas de conversación de la época. Nollet, el mismo que experimentaba con Dufay, fue el primero en realizar, en París, demostraciones de la famosa vasija y su “gran poder de acumulación”. La gente hacía cola frente a su casa, desde las primeras horas de la mañana, para recibir la consideraban una “deliciosa” descarga. Las exhibiciones no tardaron en transformarse en un verdadero juego, que se propagó bajo mil formas ingeniosas. Así, una compañía de guardias del rey de Francia recibió, en una oportunidad, la descarga, y voló como un solo hombre, ante la mirada complacida del monarca Luis XV. En otra ocasión, Nollet penetró en un monasterio, y después de alinear a todos los monjes de la congregación en una sola e interminable fila, y unir a cada uno de ellos mediante un hilo metálico, logró que todos recibieran la descarga simultáneamente y se sacudieran al unísono por los aires. La electricidad necesaria para este tipo de experimentos era obtenida por una batería de botellas de Leyden conectadas. A todo esto, el célebre norteamericano Benjamín Franklin se colocaba a la vanguardia de las investigaciones sobre electricidad. Rechazando la teoría que reconocía la existencia de la electricidad “resinosa” y la “vítrea”, Franklin descubrió, en 1746, que se trataba sólo de dos aspectos de la misma fuerza, a los que llamó “positivo” y “negativo”, términos que se han seguido usando hasta la actualidad. Posteriormente, en 1753, el mismo Franklin inventó el pararrayos, el cual vino a demostrar fehacientemente que el relámpago era la electricidad, y abrió el camino para que otros investigadores lograran cargar sus baterías mediante electricidad atmosférica. Los últimos años del siglo XVIII presenciaron una aceleración en el ritmo de los descubrimientos eléctricos. En 1775, Alessandro Volta, profesor de la Universidad de Pavía, inventó un condensador de hojas metálicas, que vino a reemplazar la función de la mentada botella de Leyden.

14


Horacio García

En 1785, el francés Charles Agustín de Coulomb formuló la primera ley matemática que regía las manifestaciones de la electricidad estática, la referente a la atracción o repulsión entre dos esferas cargadas. Pero el año estelar de la electricidad fue 1796, fecha en que Volta inventó su famosa pila, versión perfeccionada de su condensador de hojas metálicas, la cual proporcionó un suministro regular de electricidad. Por primera vez, gracias a la pila voltaica, se había producido en la tierra una corriente eléctrica continua. El siglo XIX, desde su inicio, trajo nuevos y decisivos progresos en el conocimiento y utilización de la electricidad. La primera gran figura que destacó durante este período fue el francés André-Marie Ampère, su espíritu clarividente y metódico, que luego de clasificar y codificar los grandes principios enunciados antes que él, estableciendo orden y coherencia, aportó finalmente importantes descubrimientos. Ampère logró detectar la relación que había entre electricidad y magnetismo, y explicar su parentesco, hacia 1820. Desgraciadamente, los ensayos de Ampère se anticiparon demasiado a sus contemporáneos, ya que fueron de tan alta calidad matemática, que resultaron prácticamente ininteligibles para muchos de ellos. Hubo que esperar entonces varios años para que estas nuevas ideas dieran nuevos sus frutos. Por fin, el norteamericano Joseph Henry dio a conocer en 1831 el fenómeno de la inducción eléctrica, y la aplicó a la transformación del magnetismo en electricidad, utilizando una especie de motor eléctrico que construyó en 1829. Infortunadamente, sus descubrimientos, aunque publicados en el “Silliman’s Journal”, pasaron casi inadvertidos. Michael Faraday, químico y físico inglés, tuvo más suerte que Henry. Descubrió también el modo de transformar el magnetismo en electricidad, y realizó, en abril de 1832, ante el “Royal Institute”, una exhibición en que presentó un disco de cobre de doce pulgadas, que giraba entre los polos de imán en herradura. Un alambre tomado del eje y otro unido a una escobilla que frotaba el borde del disco se cerraron en un circuito, en el que se demostró la circulación de una corriente inducida. El experimento causó sensación en todos los círculos científicos, y fue la piedra angular del posterior período creativo de la electricidad: del pequeño juguete de Faraday se desprendió el principio del motor que transforma la energía eléctrica en mecánica. Sólo dos años después del descubrimiento de la inducción, efectuado independiente y simultáneamente por Henry y Faraday, Hermann de Jacobi construyó un gran motor eléctrico. Contratado por Nicolás I de Rusia, Jacobi utilizó su motor para impulsar una chalupa del zar provista de una rueda de paletas, que consiguió transportar silenciosamente doce pasajeros a una velocidad de siete kilómetros por hora. Posteriormente, diversos científicos, como el escocés Robert Davison, el norteamericano Thomas Davenport y el francés Froment, construyeron sus propios modelos de motores. Pero, sin embargo, todas estas audaces empresas estuvieron condenadas al fracaso o a prestar una utilidad muy limitada hasta que no vino la dínamo o generador a reemplazar la pesada pila voltaica. La dínamo hizo su aparición en 1863, año en que el joven científico italiano Antonio Pacinotti construyó un modelo de generador perfeccionado. Algunos años más tarde, Henry Wilde, Cromwell y Samuel Valery, Siemens, y Wheatstone crearon casi simultáneamente modelos activos del generador autoexcitado, que fue el primero en revelarse como satisfactorio para usos prácticos. La palabra “dínamo” fue introducida por Siemens, en una exposición ante la “Academia de Berlín”. Hacia 1870 estaban ya dados todos los pasos para que la electricidad pudiera entrar en una fase de realizaciones prácticas impresionantes. Las aplicaciones industriales del generador se sucedieron con vertiginosa rapidez. Weston lo usó para la galvanoplastía en 1872, y en 1875, para un horno eléctrico. En 1879, Edison fabricó una dínamo utilizable en un sistema de alumbrado por incandescencia. Ese mismo año, la “California Electric Light Company” se convirtió en la primer a empresa en fabricar y vender electricidad. También en 1879, Werner von Siemens presentó, en la exposición de electricidad de Viena, el primer ferrocarril electrificado. Día a día fueron apareciendo nuevos usos. El hombre había logrado dominar aquella extraña fuerza de la naturaleza y empezaba a sacarle por fin partido, lo que se traduciría en un 15


Horacio García

extraordinario progreso, en el más multifacético orden de cosas que pueda imaginarse: alumbrado, transporte, comunicaciones, electroterapia, electrónica, aeronáutica, y una gama casi infinita de aplicaciones, que constituyeron la culminación de una maravillosa historia, que se inició cuando a un desconocido que la historia no registró, se le ocurrió frotar un trocito de ámbar amarillo.

ESTRUCTURA ATÓMICA La estructura básica de todos los materiales que se ven o usan diariamente concuerda con modelo conocido como estructura atómica de la materia. “Materia” es cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio. La materia puede presentarse en diversos estados: líquida como el agua, gaseosa como el oxígeno o sólida como la piedra. La materia, como nosotros la conocemos, normalmente tiene peso, porque cualquier cosa que tiene masa y está sobre o cerca de la Tierra es influenciada (atraída) por la fuerza de la gravedad terrestre. La materia puede estar constituida por un elemento simple o puede ser una combinación de dos o más elementos. Hay 92 elementos naturales y un cierto número de elementos producidos por la mano del hombre. Estos elementos pueden ser mezclados y combinados en gran cantidad de formas diferentes. Si se combinan cantidades apropiadas de oxígeno e hidrógeno, en condiciones adecuadas, se produce una reacción química cuyo resultado es el agua. Dado que en este caso los elementos están “combinados” químicamente y no mezclados, el agua es un compuesto. Por otro lado, cuando los elementos hierro, carbón y manganeso son mezclados en un horno, se obtiene el acero; por tanto, el acero es una “mezcla” de elementos básicos. Como ya hemos dicho, la materia es todo lo que ocupa lugar en el espacio, por ejemplo, el agua, el aire, el hierro, y que puede transformarse pero nunca destruirse ni crearse. La experiencia diaria nos demuestra la propiedad fundamental de la materia: la “divisibilidad”. Sin esta propiedad sería imposible aserrar, limar, trabajar los materiales. Las partes más pequeñas obtenidas por estos medios mecánicos reciben el nombre de “partículas”. Éstas están formadas por las llamadas “moléculas”, que son la partícula más pequeña a que puede reducirse un compuesto sin perder sus características originales. La molécula contiene una combinación química exacta de cada uno de los elementos que forman el compuesto. EL ÁTOMO Y SUS PARTES La investigación científica ha permitido determinar que la partícula más pequeña a la cual puede reducirse un “elemento” (no la materia), sin perder sus características originales, es el “átomo”.

En la figura se representa gráficamente un átomo. De forma similar a nuestro sistema solar, el átomo consiste en un cuerpo central o “núcleo”, relativamente grande, con pequeños cuerpos, o “electrones”, girando en órbitas alrededor de él. El átomo es tan pequeño que no puede ser visto ni aún con la ayuda de un poderoso microscopio. No todos los electrones giran en una misma órbita, sino que algunos describen órbitas cercanas al núcleo, son denominados electrones “fijos” o “ligados” y no cambian de órbita, y otros describen órbitas alejadas del núcleo, se denominan electrones “libres” u “orbitales” y cambian fácilmente de órbita. Todos los electrones tienen carga eléctrica negativa. 16


Horacio García

En el núcleo encontramos otros elementos: los “protones”, que tienen carga eléctrica positiva, y los “neutrones” que son de carga neutra; la suma de ambos, “protones” más “neutrones”, es el “peso atómico” al átomo; mientras que el “número atómico” del átomo está determinado por la cantidad de protones . Cada átomo tiene características únicas que definen al elemento y son propias de éste; no obstante, todos los átomos de cualquier elemento cumple con ciertas reglas generales, una de ellas, la que más nos interesa, es que poseen la misma cantidad de protones en su núcleo que de electrones orbitales girando alrededor de él; ello significa que posee la misma cantidad de carga eléctrica negativa como positiva y, por lo tanto, cada átomo está eléctricamente equilibrado. Los electrones que rodean al núcleo de cualquier átomo están acondicionados en órbitas o anillos. La cantidad total de electrones que contiene cada anillo no puede exceder de un cierto número máximo. Este número máximo es: El primer anillo: dos electrones. El segundo anillo: ocho electrones. El tercer anillo: dieciocho electrones. El cuarto anillo: treinta y dos electrones. El quinto y sexto anillos: más de treinta y dos electrones.

CÓMO SE COMPORTAN LOS ELECTRONES Como ya se ha dicho, no todos los electrones giran a la misma distancia del núcleo, y que los llamados “fijos” o “ligados” son los más cercanos al núcleo y carecen de movilidad salvo en lo que respecta a su órbita; y también definimos a otro tipos de electrones como “libres” u “orbitales”, más alejados del núcleo y con libertad de movimiento. Ahora bien, si por medio de una fuerza o agente externo al átomo (calor, un golpe, fricción, etc.), se expulsa a un electrón libre de la órbita exterior, el átomo deja de ser neutro, es decir, deja de estar eléctricamente equilibrado. Cuando esta acción tiene lugar, el átomo se transforma en un “cuerpo positivo”, debido a la falta de un electrón para hacerlo neutro. Inversamente, si por medio de una fuerza externa se obliga a un electrón adicional a entrar en la órbita externa de un átomo, éste se convierte en un “cuerpo negativo”. Surge entonces, la pregunta ¿qué le sucede al electrón liberado de su órbita? Siempre que se expulse un electrón de su órbita por la acción de una fuerza externa, éste se convierte en un “electrón libre”. Los electrones libres son electrones que han sido expulsados de sus órbitas y están libres para moverse entre los átomos del material. La fuerza externa que origina que el electrón sea liberado, da al electrón libre movimiento y, por lo tanto, velocidad. El movimiento de electrones libres puede observarse en la siguiente figura:

17


Horacio García

Por otro lado, sabemos también que dos cargas del mismo signo (positivo-positivo o negativo-negativo) se repelen y que dos cargas de signo opuesto (positivo-negativo o negativo-positivo) se atraen; por lo tanto, los protones entre sí o los electrones entre sí, se rechazan; pero los protones y los electrones que tienen cargas opuestas, se atraen. Así que cuando los átomos pierden algunos de sus electrones libres, la carga del mismo se convierte en positiva, y entonces trata de restaurar su equilibrio natural, captando otros electrones libres (negativos) que estén a su alcance. Este movimiento de los electrones libres en los materiales conductores – con el fin de restablecer el equilibrio del átomo- es uno de los principios básicos de la electricidad, y es lo que llamamos “corriente eléctrica”, o también, “flujo de corriente”.

En resumen, cuando la aplicación de una fuerza exterior a un material, hace que los electrones se desplacen de un átomo a otro, el resultado es un “flujo de cargas eléctricas negativas”, o dicho en otras palabras: una corriente eléctrica es el flujo o movimiento de electrones de un átomo a otro.

CONDUCTORES Un buen conductor de corriente eléctrica es una sustancia que tiene un gran número de electrones que se convierten fácilmente en electrones libres cuando el material es sometido a una fuerza externa. Este material puede estar constituido por uno o más elementos; es la estructura atómica del material la que determina su capacidad para permitir que una corriente eléctrica fluya. 18


Horacio García

Todo metal es conductor de la corriente eléctrica, pero algunos lo son más que otros. Entre los conductores de uso común podemos citar, por ejemplo, la plata, el cobre y el aluminio. Mediante pruebas de laboratorio se ha podido determinar que la plata es el mejor conductor de la corriente eléctrica; sin embargo, las cantidades limitadas de plata disponible y su alto costo impiden su uso en aplicaciones comunes. El cobre es el metal más corrientemente utilizado como conductor, debido a su costo relativamente bajo y a su buena capacidad conductora.

AISLANTES Un aislante es un material que tiene pocos electrones convertibles en electrones libres. En el estudio del flujo de corriente eléctrica y conductores, se vio que algunos materiales están compuestos de átomos que pierden fácilmente electrones de sus órbitas cuando actúa sobre ellos una fuerza externa. Lo opuesto también es verdad: algunos materiales están compuestos de átomos que no pierden fácilmente electrones. Tales átomos retienen los electrones en sus órbitas, aunque se les aplique la misma fuerza externa que produce el movimiento de electrones en un material conductor. Ningún material es un aislante perfecto. Cualquier material puede llegar a permitir una corriente de electrones de átomo a átomo si se le aplica una fuerza externa suficiente. Siempre que un material clasificado como aislante, es obligado a conducir una corriente eléctrica, se dice que hay “ruptura” del aislamiento. Algunos de los materiales aislantes comunes en uso son: el vidrio, la porcelana y la goma. Debe observarse que los materiales aislantes comunes son todos compuestos; no existen elementos naturales que puedan ser usados como aislantes en electricidad.

19


Horacio García

CAPÍTULO 2 UNIDADES ELÉCTRICAS FUNDAMENTALES

     

Introducción. Polaridad. El Volt. El Amper. Trabajo o Energía Eléctrica. Clasificación de la Corriente Eléctrica.

20


Horacio García

INTRODUCCIÓN Tres magnitudes fundamentales (tensión, corriente y resistencia) están presentes en todo circuito eléctrico. Estas magnitudes, controladas y dirigidas por un sistema apropiado de partes componentes, producen el funcionamiento satisfactorio del equipo. Para identificar cada uno de los componentes, se utilizan términos y símbolos específicos con los que se logra un rápido reconocimiento y comprensión de su uso. Las magnitudes eléctricas básicas, los términos, nombres de los componentes, y sus correspondientes unidades de medida forman, en parte, el “lenguaje de la electricidad”. POLARIDAD El estudio de la electricidad estática llevó a la conclusión que dos cuerpos con distintas cargas proveen la fuerza requerida para producir el movimiento de electrones en un conductor que una esos dos cuerpos. Si conocemos de antemano cuál de esos dos cuerpos lleva carga positiva o negativa, es posible predecir la dirección del flujo de electrones. Esta cualidad direccional es conocida como “polaridad”. Cuando existe una diferencia de carga eléctrica entre dos puntos, se dice que uno de ellos tiene “polaridad positiva o negativa respecto del otro”. Internacionalmente se ha tomado como norma la dirección del flujo de electrones desde el terminal negativo de una fuente de energía, a través del circuito eléctrico, hacia el terminal positivo de la fuente. EL VOLT La presión o empuje con la cual el flujo de electrones se desplaza entre dos puntos de distinta polaridad, se llama “diferencia de potencial” (V), y se mide en “voltios” (Esto es algo similar a lo que sucede con la cantidad de agua contenida en un tanque, la diferencia de nivel entre la parte superior o superficie, y el agujero de salida del agua, constituye la fuerza o “presión” con la cual el agua sale del tanque). El “voltio” es, entonces, la unidad de medida de la “diferencia de potencial” o “tensión” de la corriente eléctrica, y se mide con un instrumento llamado “voltímetro”. Diferencia de potencial, carga eléctrica y volt, son modos de expresar la fuerza producida entre cuerpos cargados eléctricamente. Esta fuerza puede llamarse también “fuerza electromotriz” (f.e.m.) o “tensión”. Hay muchos métodos para producir tensión; algunos son: fricción, energía calorífica, energía luminosa, energía química y energía mecánica. Las energías química y mecánica se utilizan como principales medios para producir energía eléctrica en forma constante (f.e.m.) para mantener un flujo continuo de electrones para el funcionamiento de aparatos eléctricos. Una pila produce una diferencia de potencial entre sus terminales, transformando energía química en energía eléctrica. Un generador realiza el mismo trabajo transformando la energía mecánica en eléctrica. Las magnitudes de carga eléctrica se expresan en términos de unidades electrostáticas (u.e.s.) o “coulomb” (Q). En las aplicaciones prácticas la unidad de medida del potencial eléctrico es el volt (V). Se dice que entre dos puntos existe una diferencia de potencial de un volt (V) cuando, al circular un coulomb (Q) entre esos dos puntos produce un trabajo de un joule (J). 1 volt (V) = 1 joule (J) 1 coulomb (Q) EL AMPER El “flujo de electrones” (es decir la cantidad de electricidad que pasa por un conductor durante un segundo, y que llamamos “intensidad” (I)), se mide en “amperios” (A). El amperio es, entonces, la “unidad de medida” de la intensidad de la corriente eléctrica, y se mide con un instrumento llamado “amperímetro”. (Volvi endo al ejemplo del agua, esto es algo similar a lo que ocurre con una cantidad de agua que pasa por un caño en un segundo, y se mide en “litros por segundo”). Se define, entonces, a la corriente eléctrica, como un flujo de electrones a través de un material o medio, desde un punto de potencial negativo hacia un punto de potencial positivo. 21


Horacio García

Se dice que la intensidad (I) de flujo de corriente en un conductor es de un amper (A), cuando por un punto del conductor, fluye un coulomb (Q) por segundo (1 coulomb = 6,38 x 10 18 electrones). Expresando la intensidad (I) de flujo en una fórmula:

I = Q T Donde: I = Intensidad de corriente (Amper). Q = Carga eléctrica (coulombs). T = Tiempo en segundos. Para tener un concepto de cantidad de flujo de corriente, es aconsejable interpretar el significado de densidad de corriente y de velocidad de movimiento movimient o de la corriente. En condiciones normales, los electrones libres en un conductor no fluyen en ninguna dirección especial; esta actividad de los electrones es una acción casual, desordenada, donde los electrones son liberados por efecto de la temperatura ambiente, y simplemente saltan de átomo en átomo, sin rumbo determinado. Sin embargo, cuando un conductor está conectado a los terminales de una fuente de tensión, esta fuerza producirá un movimiento de electrones libres, desde el Terminal negativo de la fuente hasta el Terminal positivo.

La figura 2-1 ilustra el movimiento de los electrones a través de un conductor cuando está conectado a los bornes de una batería. La línea AB representa una sección transversal del conductor. Cuando es aplicada la f.e.m. (V) de la batería, los electrones se mueven a través del conductor y en esas condiciones cruzan la línea AB. Sin un coulomb (Q) de carga pasa por la línea AB en un segundo, por ella fluye un amper (A) de corriente. Si se traza una segunda línea entre los puntos C y D donde el área de la sección del conductor es reducida, se verá que un coulomb (Q) de carga pasa también esa línea en un segundo. Sin embargo, a causa de la disminución de la sección del conductor en la línea CD, la “densidad de la corriente” en esta línea es mayor que en la línea AB, con la misma “cantidad de corriente” en ambas líneas. El movimiento neto de los electrones, es el resultado del movimiento al azar más el movimiento producido por la f.e.m. (V) aplicada. Como resultado, todos los electrones son simultáneamente guiados dentro del conductor, por la acción sostenida de la tensión (V) aplicada. Éstos podrían ganar velocidad bajo la acción de la f.e.m. (V), pero el efecto de las colisiones entre ellos contrarresta constantemente el incremento de velocidad. Se ha determinado que la “velocidad de desplazamiento” de la corriente de electrones correspondiente al amper (A), alcanza aproximadamente 1 centímetro por segundo, según las dimensiones del conductor, el material y otros factores. La velocidad de desplazamiento relativamente baja de los electrones plantea una cuestión importante. ¿Cómo puede la energía eléctrica suministrada en una planta generadora, llegar a los usuarios situados a muchos kilómetros de distancia casi instantáneamente? Para dar una respuesta lógica a esta pregunta, veamos el circuito de la figura 2-2.

22


Horacio García

Tan pronto como se cierra la llave del circuito, aparece una f.e.m. (diferencia de potencial entre ambos extremos del punto conductor). El Terminal positivo de la batería atrae electrones del punto A, dejándolo con déficit de electrones. Entonces el punto A atrae electrones del punto B, y este mismo efecto se repite a lo largo del conductor C a D y E a F. Casi en el mismo instante en que el terminal positivo de la batería atrajo un electrón del punto A, el terminal negativo de la batería suministró un electrón al punto F. De esta manera, pese a que los electrones se mueven con una velocidad muy pequeña, el efecto de los cambios de posiciones de los electrones se propaga a lo largo del conductor casi instantáneamente. La velocidad de propagación es aproximadamente la de la luz (300.000 kilómetros por segundo). seg undo).

TRABAJO O ENERGÍA ELÉCTRICA La electricidad producida por el hombre en distintas formas, tiene por finalidad, un trabajo útil: lámparas, estufas, motores, etc. El trabajo o energía se mide en “vatios” (W), y su valor tiene íntima relación con las medidas que hemos visto anteriormente: la f.e.m. expresada en “voltios” (V) y la intensidad de corriente (I) expresada en “amperios” (A), pues un “vatio” (W) es igual a la corriente (I) de un amper (A) impulsado por la tensión (V) de un “volt” (V). Estos conceptos, reducidos a fórmulas, se expresan de la siguiente manera: W=VxI I=W V V=W I

(Wats = Volts x Amper) (Amper = Wats/Volts) (Volts = Wats/Amper)

CLASIFICACIÓN DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica se clasifica en dos tipos generales: continua y alterna. Ambas corrientes comparten su importancia en casi todas las clases de artefactos eléctricos y electrónicos. Un receptor de radio es, en general, un ejemplo de aparato que utiliza ambos tipos de corriente; la alterna suministra energía general a la radio, y la continua hace funcionar los componentes electrónicos de la misma. Corriente Continua: La corriente eléctrica ha sido descrita como el “flujo direccional de los electrones”. La dirección de este flujo está determinada por la polaridad de la fuente de tensión. En el caso de la batería, aprendimos que la polaridad de los terminales es fija, y de ello resulta que la corriente eléctrica fluye en una sola dirección cuando la batería está conectada a un aparato eléctrico. Este tipo de corriente que fluye en una sola dirección, se denomina “corriente continua” (C.C.). La fuente de tensión que produce una corriente continua es comúnmente llamada una “fuente de alimentación de C.C.”. Corriente Alterna: La acción de la corriente alterna puede comprenderse fácilmente, si se considera la acción del péndulo de un reloj. El péndulo oscila primero en una dirección hasta cierta altura, luego vuelve por el mismo camino en dirección opuesta hasta una altura equivalente. Este movimiento del péndulo oscilando alternativamente, primero en una dirección y luego en la opuesta, es muy similar al 23


Horacio García

movimiento de la corriente alterna, que fluye primero en una dirección y luego vuelve a fluir en dirección opuesta. Estos cambios de dirección del flujo no significan que la corriente alterna desobedezca la regla de que los electrones fluyen de un potencial negativo a un potencial positivo, sino que en realidad, esto significa que la tensión aplicada es también alterna en polaridad. Esta acción se repite mientras continúe aplicada en un circuito una fuente de tensión ten sión alterna (de polaridad cambiante).

24


Horacio García

CAPÍTULO 3 RESISTENCIA. LEY DE OHM. CIRCUITOS

   

Introducción. Resistencia Eléctrica. Ley de Ohm. Circuitos Eléctricos.

25


Horacio García

INTRODUCCIÓN La resistencia eléctrica, que es la oposición ofrecida por los materiales al paso de la corriente eléctrica, afecta directamente la magnitud de la corriente circulante, al aplicarse la f.e.m. La relación entre tensión, corriente y resistencia en un circuito eléctrico, se expresa por la “ley de Ohm”. Cuando se aplica dicha ley, observando a la vez el comportamiento de los circuitos eléctricos fundamentales, se puede comprender y examinar casi cualquier circuito eléctrico, por más complicado que sea. RESISTENCIA ELÉCTRICA Al pasar la corriente eléctrica a través de un conductor, ésta no lo hace libremente, sino que se produce una especie de rozamiento, que depende de la sustancia del conductor, lo que atrasa el paso de la corriente. Se ha observado mediante la experimentación que valores idénticos de tensión (f.e.m.) aplicados a muestras de materiales distintos, pero de idénticas dimensiones, producen corrientes distintas a través de cada uno de ellos. Además, aplicando valores idénticos de tensión (V) a muestras de distintas dimensiones, pero de un mismo material, se obtiene corrientes distintas para cada muestra. De estos hechos experimentales, Georg Simon Ohm, físico alemán, dedujo que para una tensión fija, la cantidad de corriente que circula depende del tipo de material y de sus dimensiones. “Ohm” es el término que se aplica a la unidad de “resistencia eléctrica” que ofrecen los diversos materiales a una corriente eléctrica. La siguiente fórmula matemática simplifica estos conceptos: R=ρ

l d

Donde: R = Resistencia eléctrica. ρ = Resistividad del material. l = Longitud del conductor. d = Diámetro del conductor. La siguiente figura intenta graficar los conceptos y la fórmula:

Obsérvese que el eje longitudinal del material conductor es paralelo a la dirección de la corriente, y que el área transversal es perpendicular a la dirección de la misma. Si se aplica una tensión constante a los extremos de la muestra para producir un cierto flujo eléctrico, la resistencia de esta muestra es igual al cociente de la longitud (l) por el área transversal (d), multiplicado por una constante llamada “resistividad” (ρ) del material. El valor de ρ (letra griega que se pronuncia rho) es una constante para 1 cm. 2 de un material determinado, y se lo conoce como “resistividad” de ese material. Es evidente que cuánto mayor sea el número de electrones capaces de transformarse en electrones libres, tanto mayor será la corriente para cualquier valor constante de tensión, y menor será la resistencia al flujo de una corriente eléctrica. El valor de ρ es diferente para cada uno de los materiales conductores que se usan en electricidad. La siguiente tabla da las resistividades de varios materiales de uso común en ohms, medidas a temperatura ambiente.

26


Horacio García

Volviendo a la fórmula de resistencia expresada anteriormente, si la tensión aplicada a una muestra se mantiene constante, mientras que el largo ( l) de la misma aumenta, la velocidad de desplazamiento de los electrones decrecerá. Como la corriente es proporcional a la velocidad de desplazamiento, la corriente decrecerá y la resistencia aumentará. Igualmente, si se aumenta la sección transversal (d) de un material, mientras se conservan constantes la tensión aplicada y la longitud de la muestra, habrá un número mayor de electrones que pasen por un punto dado en un segundo. Esto se traduce en un incremento de la corriente eléctrica. Por lo tanto, al aumentar el área de la sección del conductor, disminuye la resistencia eléctrica y aumenta el paso de corriente. Ahora bien, como el cobre es utilizado casi exclusivamente como material conductor de electricidad, se lo considera como el “conductor normal”. Esto hace que las resistencias de los materiales se exprese a veces en términos de relación de su resistencia con respecto a la del cobre, lo que se conoce con el nombre de “resistencia relativa” del material. En la siguiente tabla se tienen las resistencias relativas de algunos materiales comunes:

Como podemos ver, en la tabla aparece un concepto que no se ha explicado aún y que, en determinados casos, supone cierta importancia, estamos hablando de la “conductancia relativa”. Básicamente, la “conductancia” (G) es la capacidad de un material de dejar pasar una corriente eléctrica. La conductancia es la medida de la “conductividad”, y se define como la “recíproca de la resistencia”. La unidad de conductancia es el “mho” (que es la palabra “ohm” escrita al revés), y la ecuación 27


Horacio García

para determinar la conductancia es una variación de la ecuación vista para determinar la resistencia:

Es evidente que cuanto menor es la resistencia (R) de un conductor, mayor es la conductancia o conductividad (G).

LEY DE OHM Existe también, una relación constante entre las dos unidades eléctricas estudiadas anteriormente (amperios y voltios) y los ohmios. Esta relación se expresa con la siguiente definición, llamada “ley de Ohm”: “La intensidad de corriente (I) q ue pasa por un conductor, es directamente proporcional a la tensión (V) aplicada a sus extremos, e inversamente proporcional a la resistencia (R = ohmios) del circuito. Este enunciado se expresa matemáticamente con las siguientes fórmulas: I=V R

(Ampers = Volts) Ohms)

V=RxI

(Volts = Ohms x Amper)

R=V I

(Ohms = Volts) Amper)

Donde:

I = Corriente en amper. V = Tensión en volts. R = Resistencia en ohms.

El enunciado de la ley de Ohm estaba basado originalmente en la acción de la tensión, corriente y resistencia en un circuito eléctrico alimentado por una fuente de corriente continua (C.C.). En el circuito que se muestra a continuación, la corriente fluirá en la dirección indicada, procedente del terminal negativo de la batería, a través de la pequeña resistencia del amperímetro y de la resistencia de 10 ohms, hasta el terminal positivo de la batería.

En el circuito podemos ver que los valores indicados por los instrumentos: el voltímetro indica 10 volts, y el amperímetro 1 amper. Si deseamos conocer el valor de la resistencia total del circuito (que en este caso es sólo la resistencia R), podríamos averiguarla aplicando la ley de Ohm:

V = 10 V I=1A 28


Horacio García

R = V = 10 V = 10 Ω (“omega”) I 1A Si bien en el ejemplo, hemos calculado sólo el valor de R, podríamos usar la ley de Ohm para averiguar cualquiera de las tres variantes en juego: tensión (V), corriente (I) o resistencia (R). El uso más frecuente, en el caso de la electricidad domiciliaria, es la determinación de la corriente total del circuito, ya que ésta nos dará directamente el “consumo” de la instalación, y a través de éste, seleccionaremos los elementos a utilizar en el mismo. Por ejemplo, si en nuestro circuito se verifica un consumo de corriente eléctrica de 20 amper, no podríamos utilizar cable de cobre que soporte hasta 6 amper porque se quemaría. Deben comprenderse y memorizarse las fórmulas para resolver problemas utilizando la ley de Ohm, para ello se muestra la siguiente figura (sustituir “E” por “V”):

El método del círculo es fácil de recordar. Si se cubre V se observa que I y R están una al lado de la otra, indicando de este modo que es necesario multiplicar estos dos valores para hallar V. Si se cubre I, vemos que V está sobre R, indicando esto que es necesario dividir ambos términos para hallar el valor pedido de I. Similarmente, cubriendo R, vemos que V está por encima de I, indicando esto que para hallar el valor de R, hay que dividir V por I. Además de ser útil para la determinación de una magnitud cuando se dispone de las otras dos, la ley de Ohm destaca el efecto de la variación de una de las magnitudes con respecto a la variación de la otra, cuando la tercera magnitud permanece constante.

Efecto del aumento de tensión (V):

La figura presenta un circuito fundamental junto con una tabla que indica los valores del circuito, para tres diferentes condiciones (nuevamente se deberá reemplazar “E” por “V”). En las tres condiciones, la resistencia (R) se mantiene constante y la tensión (V) se aumenta en 10 volts por vez. Comparando la condición uno con la condición dos, se observa que, duplicando la tensión (V) se duplica la intensidad (I) de corriente circulante, mientras la resistencia (R) permanece invariable. Además, comparando la condición tres con la dos, se puede observar que, aumentando la tensión (V) en la mitad del valor anterior, la intensidad (I) también aumenta la mitad de su valor anterior. De este análisis resulta evidente que si la 29


Horacio García

resistencia (R) de cualquier circuito permanece constante y la tensión (V) se incrementa (positiva o negativamente), la corriente (I) variará en proporción directa al incremento de tensión (V).

Efecto del incremento de resistencia (R):

En este caso, se varía la resistencia (R), y la tensión (V) del circuito permanece constante. Si se observa la figura y se compara las condiciones uno y dos, se puede ver que, con la misma tensión (V) aplicada y duplicando la resistencia (R) en el circuito, se reduce la corriente (I) a la mitad del valor original. Similarmente, comparando la condición tres con la uno, se puede ver que, con la misma tensión (V) aplicada, y triplicando la resistencia (R), se reduce la corriente (I) a la tercera parte de su valor original. De los valores dados en la tabla, se saca en conclusión que si en un circuito la tensión (V) se mantiene constante y se aumenta la resistencia (R), la corriente (I) decrecerá en un valor proporcional al incremento de la resistencia (R). Por consiguiente, en un circuito eléctrico, la corriente (I) es inversamente proporcional a la resistencia (R).

Efecto del incremento de corriente (I): Según se demostró antes, cambiando la tensión (V) (a resistencia constante), o la resistencia (R) (a tensión constante), se obtiene un cambio proporcional de corriente (I), ya sea directa o inversamente proporcional. Es imposible cambiar el flujo de corriente (I) en un circuito sin afectar primero, ya sea la tensión (V) o la resistencia (R). No obstante, consideremos un elemento (por ejemplo, un resistor o resistencia) del circuito a través del cual circula una corriente (I) constante y desarrolla una tensión (V) constante a través del mismo (V = R . I). Si la corriente (I) aumentara, debe presumirse que, o disminuyó la resistencia (R), o aumentó la tensión (V) aplicada a ese elemento. Se puede, entonces, llegar a la conclusión de que a mayor corriente (I) circulante a través de un resistor, mayor es la tensión (V) aplicada al mismo. La tensión (V) aplicada al resistor, o a cualquier otro elemento, se designa a menudo, como “caída de potencial” a través del elemento. La caída de tensión es igual a la diferencia de potencial requerida para producir esa corriente (I) a través del elemento que estamos considerando. Resumiendo los tres efectos: 1) Si se aumenta la tensión (V) y la resistencia (R) se mantiene constante, la corriente (I) aumentará. 2) Si se disminuye la tensión (V) y la resistencia (R) se mantiene constante, la corriente (I) decrecerá. 3) Si se disminuye la resistencia (R) y la tensión (V) es mantenida constante, la corriente (I) aumentará. 4) Si es aumentada la resistencia (R) y la tensión (V) se mantiene constante, la corriente disminuirá. 5) Puede determinarse la caída de tensión (V) a través de un elemento del circuito, si se conoce el valor de la corriente (I) que circula a través del mismo y su valor resistivo (R).

30


Horacio García

CIRCUITOS ELÉCTRICOS Un circuito eléctrico es un camino, o agrupación de caminos, en que pueden circular corrientes eléctricas. Los tres tipos fundamentales de circuitos eléctricos se denominan: 1. Circuito Serie. 2. Circuito Paralelo. 3. Circuito Serie-Paralelo. Los circuitos pueden ser muy sencillos o muy complicados, no obstante, con el conocimiento de las características de los tres circuitos fundamentales, y de la ley de Ohm, se pueden resolver sin problemas, independientemente de la complejidad de los circuitos. Circuitos Eléctricos en Serie:

Un circuito eléctrico en serie es el que suministra energía eléctrica a una o varias partes o aparatos conectados de manera tal que la corriente pase a través de cada uno de ellos sucesivamente, hasta volver a la fuente. En la figura se ve claramente que si se produce una ruptura en los cables de unión o en algunos de los elementos (resistencias), el circuito quedará interrumpido. La “caída de tensión” ha sido definida como la diferencia de potencial desarrollada entre dos puntos de un circuito eléctrico (el producto de la corriente circulante a través del circuito por la resistencia del mismo). Para un clarificar, analicemos el siguiente circuito:

Podemos ver que se ha colocado un resistor (R) graduable de 0 a 100 ohms entre los terminales de una batería, completando el circuito eléctrico. Si verificamos el camino de la corriente, podemos comprobar que es sólo uno, por lo tanto estamos hablando de un circuito serie. Comenzando con el análisis, vemos que el voltímetro V 4 (el primero de la derecha) está indicando una tensión de 200 volts coincidente con la tensión de la fuente de alimentación; asimismo, vemos que además, esos 200 volts están aplicados a la totalidad del resistor (R) cuyo valor es de 100 ohms; aplicando la ley de Ohm:

I4=T = V4 = 200 V = 2 A R4 100 Ω Ahora bien, conociendo la corriente total (I 4) que circula por todo el resistor (es decir, por todo el circuito), y que, por lo tanto, será el mismo valor de corriente para cada tramo de resistencia (por definición de circuito serie), podemos calcular los 31


Horacio García

valores de cada tramo del resistor, siempre aplicando la ley de Ohm, ya que conocemos, además, los valores de la diferencia de potencial de cada tramo según las indicaciones de cada voltímetro. Así, entonces:

R1 (resistencia entre 1 y 2) = V1 = 50 V = 25 Ω IT 2 A R2 (resistencia entre 2 y 3) = V2 = 100 V = 50 Ω IT 2 A R3 (resistencia entre 3 y 4) = V3 = 150 V = 75 Ω IT 2 A Algo que debe aclararse antes de continuar con los análisis de circuitos, es la diferencia de concepto que radica entre “tensión” y “diferencia de potencial”. La energía eléctrica producida por la batería se consume en la resistencia, o sea que la energía eléctrica se convierte en energía térmica, a medida que la corriente fluye a través de una resistencia. Mientras que la fuente entregue energía eléctrica a medida que es consumida, la diferencia de potencial entre los extremos del resistor del circuito permanecerá constante. La diferencia de potencial o caída de tensión a través de cada resistencia permanecerá constante hasta que la energía química de la batería se haya utilizado totalmente (batería descargada), o se altere el circuito. Lo establecido anteriormente representa una transformación de energía, y es menester que se entienda bien para evitar la posible impresión de que la tensión se destruye. Debe recordarse que la tensión o diferencia de potencial es una medida de la cantidad de trabajo requerida para mover una carga unitaria de un punto a otro; y que una caída de tensión a través de cualquier elemento del circuito, se produce sólo por efecto de la fuente de energía eléctrica. Continuando con nuestro análisis, vemos que un rasgo distintivo de los circuitos en serie, es el hecho de que la intensidad total del circuito es la misma en toda su extensión. En la figura mostrada anteriormente, hay un solo elemento en el circuito, y éste está dividido en cuatro secciones iguales, de manera que pueden medirse las caídas de tensión (V). Si observamos la siguiente figura y la comparamos con la anterior, nos revelará otro rasgo distintivo del circuito serie: nominalmente, la resistencia total del mismo es la suma de las resistencias parciales. Usaremos la siguiente figura para ilustra mejor este hecho:

La resistencia total del circuito se obtiene mediante una suma:

RT = R1 + R2 + R3 = 3Ω + 6Ω + 3Ω = 12Ω Para confirmar el valor obtenido mediante esta suma, se puede aplicar la ley de Ohm al circuito total, puesto que se tienen los valores de tensión (V) y corriente (I).

RT = V = 24 V = 12Ω I 2A

32


Horacio García

De este modo, puede verse que el cálculo basado en la ley de Ohm confirma con su resultado coincidente el método de adición directa de las resistencias individuales (para obtener la resistencia total del circuito en serie). Una tercera característica de los circuitos en serie es que la tensión total aplicada al circuito es igual a la suma de las caídas de tensión a través de as partes de dicho circuito. Observando la figura anterior, se puede comprobar este hecho. Mediante el uso de la ley de Ohm pueden calcularse las caídas parciales de tensión del circuito como se indica a continuación (Obsérvese el método usado para representar la tensión a través de una resistencia específica). VR1 = I x R1 = 2 A x 3 Ω = 6 V VR2 = I x R2 = 2 A x 6 Ω = 12 V VR3 = I x R3 = 2 A x 3 Ω = 6 V Combinando las tres caídas de tensión, se puede hallar la tensión tota aplicada: VT = VR1 + VR2 + VR3 = 6 V + 12 V + 6 V = 24 V De este modo, la suma de las caídas parciales de tensión en un circuito serie, es igual a la tensión aplicada (tensión de fuente). Los hechos destacados concernientes a los circuitos en serie pueden resumirse en forma de tres leyes fundamentales que aplicaremos a cualquier circuito en serie. Estas leyes son: 1) En un circuito eléctrico en serie fluye la misma corriente a través de cada una de sus partes. 2) En un circuito en serie, la resistencia total es la suma de las resistencias parciales que componen el circuito. 3) En un circuito en serie, la tensión aplicada es igual a la suma de las caídas de tensión en cada una de sus partes.

Circuitos Eléctricos en Paralelo:

La conexión de elementos en paralelo provee dos o más pasos a la corriente del circuito. En la figura se puede ver un ejemplo simple de un circuito en paralelo, de dos ramas. Si se traza el camino de la corriente a través del circuito, se puede ver que sale del terminal negativo de la batería, pasa a través del amperímetro A, y llega al punto X. en este punto X hay dos caminos que la corriente puede seguir para llegar al terminal positivo de la batería. Uno es través de A 1 y R1; y el otro es por A 2 y R2. En el diagrama, la corriente indicada por A 1 ó A2, no es la misma que la indicada por A 0, puesto que la corriente indicada por A 0 es la suma de las corrientes medidas por A1 y A2. Es evidente, por lo tanto, que R 1 y R2 están en paralelo, y que este circuito en paralelo está en serie con la batería para completar el circuito eléctrico. Como los resistores en paralelo, R 1 y R2, están directamente conectados a los terminales de la batería, ésta alimenta a cada uno de ellos con la misma tensión (200 V). Un método sencillo que puede usarse para determinar cuándo un elemento está en paralelo o está en serie con otro, es seguir el flujo de la corriente desde la fuente. Si la corriente se ramifica, las partes del circuito están asociadas en paralelo, si no es así, están en serie. Esta afirmación se prueba mediante la medición de las corrientes de la figura anterior, dado que la suma de las corrientes a través de R 1 y R2 (I1 + I2) representa la corriente total del circuito I T, indicada por el amperímetro A 0.

IT = I1 + I2 = 2 A + 2 A = 4 A 33


Horacio García

Por otro lado, sabemos que la tensión total (V T) es de 200 V y la I T indicada por el amperímetro A0 es de 4 A. Con estos datos podemos hallar la R T o resistencia efectiva total del circuito, aplicando la ley de Ohm:

RT = VT = 200 V = 50 Ω IT 4A Obsérvese que el valor de la RT es menor que el de cada resistencia del circuito (R1=100Ω y R2=100Ω). Los hechos indicados, concernientes a los circuitos en paralelo, pueden resumirse en tres leyes fundamentales aplicables a cualquier circuito en paralelo, y que son las siguientes: 1) En un circuito en paralelo cada rama está sometida a la misma tensión. 2) En un circuito en paralelo, la intensidad total es igual a la suma de las intensidades que circulan por cada rama. 3) En un circuito en paralelo, la resistencia efectiva total es igual al cociente entre la tensión aplicada y la intensidad total, y este valor es siempre menor que la menor resistencia del circuito. Ahora bien, en muchos casos es necesario conocer de antemano la resistencia total del circuito en paralelo. De la misma manera que en un circuito serie podemos conocer la resistencia total del circuito sumando los valores de cada resistor, en una configuración en paralelo podemos independizarnos de los valores de tensión y corriente para calcular la resistencia total del mismo. La fórmula que se aplica parte de la ley de Ohm y su desarrollo se muestra a continuación:

RT = VT = VT = IT IR1 + IR2

VT = VT = VR1 + VR2 VT + VT R1 R2 R1 R2

RT = VT = 1 = 1 = 1 = R1xR2 VT 1 + 1 1+1 R2 + R1 R1+R2 R1 R 2 R1 R2 R1 x R2 Para el desarrollo se consideraron sólo dos resistencias en paralelo, pero la fórmula final puede aplicarse de la misma manera, independientemente de la cantidad de resistores en paralelo; su expresión general es:

RT = R1 x R2 x … x RN R1 + R2 + ... + RN Si bien la fórmula desarrollada se aplica en la mayoría de los casos en que dos o más resistencias se hallan conectadas en paralelo, existe un caso particular en el cual, el cálculo se simplifica. Esto sucede cuando las resistencias en paralelo son del “mismo valor”; para ello, se divide el valor de una resistencia por la cantidad de resistores conectados en paralelo. Por ejemplo:

Tenemos aquí una configuración con dos resistores en paralelo de igual valor: 24 Ω. Para hallar la resistencia total equivalente aplicamos la fórmula aprendida: 34


Horacio García

RT = R1 x R2 = 24 Ω x 24 Ω = 576 = 12 Ω R1 + R2 24 Ω + 24 Ω 48 Podemos ver que el valor resultante de la resistencia total es de 12 Ω, lo mismo que si hubiésemos tomado el valor de una de las resistencias (R1 ó R2) y lo hubiésemos dividido por la cantidad de resistores en paralelo (en este caso, dos), es decir (tomando, por ejemplo el valor de R 1):

RT = R1 = 24 Ω = 12 Ω 2 2 Físicamente, esto es así porque cuando en un circuito eléctrico se conectan resistencias en paralelo del mismo valor, la corriente se dividirá igualmente entre todas las ramas del circuito. Por lo tanto, si dos resistencias iguales se conectan en paralelo, la corriente que fluye por cada rama será ½ de la corriente total. Análogamente, si tres resistencias iguales se conectan en paralelo, la resistencia equivalente será 1/3 del valor de cualquiera de ellas.

Circuitos Eléctricos en Serie-Paralelo:

El término “circuitos eléctricos en serie-paralelo”, indica que el circuito está compuesto por ambas clases de conexiones: en serie y en paralelo. La figura muestra un ejemplo de circuito simple en serie-paralelo. Para analizar este tipo de configuración no tenemos más que aplicar los conocimientos aprendidos hasta aquí. La incógnita que nos plantea la figura es la corriente total del circuito, para ello empezaremos por “re-dibujar” el circuito de manera que nos sea más simple seguir el recorrido de la corriente a través del mismo.

En este nuevo dibujo del circuito, vemos claramente que R 2 y R3 están en paralelo, pues la corriente I T se divide en dos, luego de pasar a través de R 1, para volver a reunirse arriba y pasar a través de R 4 acabando su recorrido en el terminal positivo de la batería. Como los resistores R 2 y R3 tienen el mismo valor (10.000 Ω), la resistencia resultante del paralelo será R 2-3 con un valor de 5.000 Ω. Dibujemos, entonces el circuito resultante con el nuevo valor resistivo R 2-3.

35


Horacio García

En esta nueva configuración, se puede observar que los tres resistores han quedado en serie (porque la corriente no se bifurca, sino que la misma corriente I T es la que fluye a través de los tres resistores), por lo tanto, no tenemos más que sumar directamente sus valores para obtener la resistencia total del circuito R T.

RT = R1+R2-3+R4 = 10.000Ω + 5.000Ω + 5.000Ω = 20.000 Ω Finalmente, el circuito equivalente al original es:

Sólo no resta aplicar la ley de Ohm para calcular la I T, es decir, la corriente total o “consumo” de nuestro circuito:

IT = VT = 120 V = 0,006 A RT 20.000 Ω A modo de ejemplo, se ha visto un circuito simple en configuración serieparalelo, no obstante, el análisis y el desarrollo para averiguar las incógnitas propuestas es siempre el mismo: se trata de ir “reduciendo” el circuito original, para llegar al circuito equivalente final en donde tengamos sólo un resistor en serie con la fuente.

36


Horacio García

CAPÍTULO 4 FUNDAMENTOS DEL MAGNETISMO

          

Introducción. Tipos de imanes. Polos magnéticos. Fuerza magnética. Campos magnéticos. Formas y usos de los imanes. Manejo y cuidado de los imanes. Electromagnetismo. Circuitos magnéticos. Inducción electromagnética. Motores y generadores simples de corriente continua.

37


Horacio García

INTRODUCCIÓN La fuerza eléctrica y la fuerza magnética son las dos fuerzas invisibles, fundamentales para el funcionamiento del equipo eléctrico y de otros muchos sistemas electrónicos modernos. Sus aplicaciones se extienden desde un simple timbre hasta la más compleja computadora. En la actualidad, la mayoría de los equipos electrónicos cuentan con imanes o efectos magnéticos; y aunque a estos equipos pueda considerárselos modernos, los aspectos fundamentales de la fuerza magnética se conocen de tan antiguo como la historia misma. La propiedad más conocida de todos los efectos magnéticos es la atracción del hier ro o de sus aleaciones. A esta propiedad se la denomina “magnetismo”. Se podrá apreciar que las leyes del magnetismo son muy parecidas a las de las cargas eléctricas. TIPOS DE IMANES El material que tiene la propiedad de atraer el hierro o las aleaciones de hierro se denomina “imán”. Los materiales atraídos por el imán se llaman “materiales magnéticos”. Algunos de estos materiales son: hierro, acero, níquel, cobalto, o sus aleaciones. Los materiales que no sufren la atracción de imán, como la madera, el papel, vidrio, cobre o estaño, se denominan “no-magnéticos”. El imán puede atraer al material magnético por contacto directo, a cierta distancia, o través de un material no-magnético. Imanes Naturales: El fenómeno del magnetismo se observa primeramente en la naturaleza, al descubrirse un tipo de piedra (en realidad un trozo de mineral de hierro), cerca de la ciudad de Magnesia, en Asia Menor. Se denominó “magnetita” a la piedra, nombre derivado de la localidad. El nombre “imán”, deriva de la palabra “diamante” en latín. Hoy se sabe que la magnetita es un mineral de hierro, que tiene propiedades magnéticas cuando se halla en estado natural, sin elaborar; por esa razón, se llama “imán natural”. Los imanes naturales sólo tienen un valor histórico, pues la industria fabrica mucho mejores artificialmente. Imanes Artificiales: Los imanes que se fabrican a partir de materiales magnéticos, normalmente no magnetizados, se denominan “imanes artificiales”. En la siguiente figura podemos ver algunos tipos más comunes:

Tales imanes pueden producirse ya sea poniendo en contacto un imán natural con un material magnético, ya sea frotando un material magnético con un imán natural (magnetismo inducido), o por medios eléctricos. Los imanes artificiales que se producen por contacto o frotamiento con un imán natural, son relativamente débiles. Los imanes más potentes se obtienen por medios eléctricos. Los distintos materiales magnéticos tienen diversos grados de susceptibilidad magnética (capacidad de magnetizarse rápidamente y conservar la imantación 38


Horacio García

obtenida). Esta última capacidad del material de retener su magnetismo se llama “retentividad” del material. El magnetismo que permanece en el material una vez que éste ha sido magnetizado se llama “magnetismo remanente”.

POLOS MAGNÉTICOS Los efectos del magnetismo no están distribuidos uniformemente sobre la superficie del imán, pues son fuertes en los extremos y débiles en el centro del imán. Las regiones donde los efectos magnéticos son mayores, se llaman “polos” del imán, según se puede ver en la siguiente figura:

Cuando se esparcen limaduras de hierro sobre todo el área de una barra imantada, aquellas que caen cerca de los extremos son atraídas y forman racimos o penachos allí, donde la fuerza magnético es mayor. Rara vez será atraída una limadura que caiga cerca del centro. Cuando se suspende una barra de manera que pueda girar libremente en un plano horizontal, la misma oscilará hasta detenerse, con uno de los extremos señalando hacia el norte. Cuantas veces se repita este experimento, se producirá el mismo resultado. Cuando se estableció este hecho por primera vez, se decidió arbitrariamente, llamar “polo norte” del imán al extremo del mismo que señalaba el norte terrestre. De manera similar, el extremo que señalaba el sur geográfico fue denominado “polo sur” del imán. En efecto, los imanes están marcados “N” o “+” en su polo norte y “S” o “-“, en su polo sur.

Teoría molecular del magnetismo: En el transcurso de los años, la investigación científica ha elaborado diversas teorías para explicar el magnetismo. La más popular es la teoría de Weber, más comúnmente conocida como “Teoría molecular del magnetismo”, que se basa en la suposición de que todas las moléculas de un material magnético son pequeños imanes individuales. Cuando se parte en dos un imán permanente, cada una de las partes se transforma en un nuevo imán con sus polos N y S. Si estos dos pedazos se parten nuevamente, se obtienen cuatro imanes. Cualquiera sea el número de veces que se efectúe esta división, los trozos del imán original se transforman siempre en imanes completos. Si el proceso de división en mitades se continúa hasta que una última ruptura nos permita obtener una sola molécula, ésta es también un imán. De acuerdo con esta teoría, cuando un material está desmagnetizado, sus imanes moleculares están orientados en forma casual. Cuando material es puesto en contacto con un imán poderoso, los imanes moleculares se alinean en una dirección definida. A medida que se aumente la fuerza del imán, muchos imanes moleculares se alinearán en la misma dirección cada vez más intensamente.

39


Horacio García

Nótese que en un extremo de la barra de hierro hay muchos diminutos polos norte, y en el otro extremo hay muchos pequeños polos sur. Estos pequeños polos, actuando en conjunto, producen fuertes efectos magnéticos externos en los extremos de la barra de hierro. A los costados de la barra, los efectos magnéticos ejercidos sobre materiales externos son reducidos debido a la interacción de los polos norte y sur de los imanes moleculares. Observando la figura, se deduce fácilmente la razón por la cual cada trozo de imán tiene siempre dos polos al ser partido en dos. Cualquiera sea el lugar donde se ha roto el imán, quedarán siempre en los extremos de cada trozo muchos diminutos polos norte y polos sur. Cuando todos los imanes moleculares están alineados en la misma dirección, se dice que el material está saturado. Es evidente, entonces, que hay un límite definido para la cantidad de carga magnética que puede tener un material. Cuando todos los imanes moleculares se han alineado en perfecto orden, nada se puede hacer para aumentar a fuerza del imán, por grande que sea el campo magnético en que se lo coloque. Por medio de innumerable pruebas experimentales, podemos demostrar que cuando acercamos dos polos norte, éstos se repelen y lo mismo sucede con los polos sur. En cambio cuando acercamos un polo norte a un polo sur, éstos se atraen. Ésta es la base para enunciar a teoría fundamental del magnetismo, que dice: “Los polos de igual nombre se repelen, los de distinto nombre se atraen”. Es de notar la similitud existente entre la atracción y repulsión magnética, y la atracción y repulsión electrostática.

FUERZA MAGNÉTICA Dado que el imán atrae trozos de hierro, debe ejercer una fuerza sobre los mismos. A comprobación de que esta fuerza actúa a distancia, puede observarse en la acción ejercida por un imán sobre las limaduras de hierro, aunque no estén en contacto. La fuerza magnética actúa también a través de los materiales no magnéticos. Además, la fuerza ejercida entre el imán y las limaduras de hierro es mutua, es decir que el trozo de hierro sujeto firmemente atraerá al imán con la misma fuerza que el imán atraería al trozo de hierro. La fuerza de atracción y repulsión varía de acuerdo a la distancia que separa a ambos imanes, es decir que cuánto más alejados se encuentren, menor será la fuerza ejercida sobre los imanes. Esta variación es inversamente proporcional con el cuadrado de la distancia. Esto significa que cuando la distancia entre dos polos se reduce a la mitad, la fuerza se hace cuatro veces más grande; inversamente, si la distancia entre los polos se duplica, la fuerza se convierte en un cuarto de la cantidad original. Además de variar con la distancia, varía también con la cantidad de fuerza que los polos individuales son capaces de ejercer. La fuerza de un polo, a su vez, varía con su tamaño, el material con el cual está fabricado y su grado de magnetización. Coulomb dedujo una ley, similar a la de las cargas eléctricas, para la fuerza magnética de atracción o repulsión entre dos polos magnéticos; esta ley establece: “La fuerza ejercida mutuamente entre dos polos magnéticos es directamente proporcional al producto de la masas magnéticas de cada polo e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separan y el medio en que se encuentran”; matemáticamente: 40


F = m1 μ

x

Horacio García

m2

x d2

F = Fuerza de atracción o repulsión entre dos polos magnéticos. m1 y m2 = Masa magnética de los dos polos. d = Distancia entre los dos polos magnéticos. μ = Permeabilidad del medio. La “permeabilidad” es un factor que indica la facilidad con que las líneas de fuerza pueden atravesar un medio; es la relación del pasaje de líneas magnéticas de fuerza en el medio dado con respecto al mismo pasaje en el aire o en el vacío.

CAMPOS MAGNÉTICOS El espacio alrededor de un imán donde la invisible fuerza magnética es evidente, se llama “campo magnético” externo del imán. El campo magnético total consiste en el campo externo más el campo que atraviesa el material del imán. El campo magnético puede considerarse una fuerza, pues también tiene dirección. Un polo magnético colocado en el campo se moverá en la dirección de la fuerza. Si fuera un polo norte se moverá en una dirección, si fuera un polo sur se moverá en la dirección opuesta. Para encontrar la dirección del campo magnético debe conocerse la polaridad del polo de prueba del campo. La “dirección positiva” de un campo magnético en cualquier punto, se define como la dirección en que tendería a moverse un polo norte libre, colocado en dicho punto. Pro ejemplo, consideremos la siguiente figura:

Cuando una brújula está colocada cerca del polo sur de una barra imantada, oscila y coloca su polo norte tan cerca como le resulte posible, del polo sur de la barra (punto A de la figura). Si se coloca cerca del polo norte del imán, la aguja oscila y punta finalmente con su extremo sur hacia el polo norte de la barra (punto B de la figura). Cuando la brújula se coloca cerca del centro de la barra, la fuerza existente en el campo magnético hace tomar a la aguja la posición de la figura en el punto C. En el punto D, se ha colocado una cantidad de agujas en varios puntos del campo magnético. Nótese que las agujas apuntan en direcciones distintas cunado se colocan en puntos distintos del campo. Se ve entonces, que un campo magnético tiene una dirección que varía de un punto a otro. Este modelo es una representación de la manera en que las fuerzas magnéticas del campo actúan sobre los materiales magnéticos colocados dentro del mismo. De allí, a través de la investigación del campo magnético de un imán, se observa que 41


Horacio García

cada campo se caracteriza por una fuerza que varía en “dirección” e “intensidad”, de un punto a otro del campo. Con frecuencia se desea representar en un dibujo la dirección e intensidad del campo magnético de un imán. Un método utilizado comúnmente es el de representar las fuerzas de un campo magnético mediante líneas colocadas arbitrariamente. Estas líneas representativas se llaman “líneas de fuerza”.

El punto B de la figura muestra las líneas de fuerza trazadas para representar el campo magnético que rodea un imán. Si estudian estas líneas, se puede ver que su forma general es similar a la obtenida mediante el “espolvoreo” de limaduras de hierro según muestra el punto A de la figura. Nótese que se han colocado flechas en cada una de las líneas de fuerza para indicar que salen del imán por el polo norte y entran por el polo sur, de manera que cada línea de fuerza forma un bucle cerrado. La dirección de estas líneas fue definida arbitrariamente por acuerdo universal, como la dirección que señala el polo norte de la aguja de una brújula cuando se coloca en cualquier punto a lo largo de las líneas de fuerza. En realidad, el campo magnético no existe sólo en un plano, sino que llena completamente el espacio que circunda al imán. El punto C de la figura muestra cómo el campo magnético se extiende en todas las direcciones alrededor de la barra magnética. Aunque las líneas de fuerza son invisibles, tienen ciertas propiedades, que pueden ser resumidas como sigue: 1) Las líneas magnéticas de fuerza son continuas y siempre forman curvas cerradas. 2) Las líneas magnéticas presentan una fuerza a lo largo de la dirección de las mismas que tiende a acortarlas. Por lo tanto, cuando dos polos opuestos se aproximan, las líneas de fuerza existentes entre ellos hacen que los polos se muevan uno hacia el otro. 3) Las líneas magnéticas de fuerza nunca se cruzan entre ellas. 4) Las líneas de fuerza pasan por todos los materiales aunque no todos los materiales tienen propiedades magnéticas. 5) Las líneas de fuerza que tienen la misma dirección (por ejemplo aquellas que salen de polos iguales), tienden a apartarse una de otra. Hasta ahora, sólo hemos considerado el campo magnético correspondiente a una única barra magnética. Tal caso es sólo uno de un ilimitado número de formas posibles que pueden producirse usando uno o más imanes. Por ejemplo, si acercamos el polo norte de una barra magnética al polo sur de otro imán, se obtendrá la forma indicada en el punto A de la siguiente figura. Nótese la similitud entre esta configuración y la configuración del campo magnético alrededor de una única barra magnética. En este caso el campo magnético contiene fuerzas de atracción entre dos 42


Horacio García

polos opuestos. La intensidad del campo magnético es más grande cerca de los polos del imán, y decrece cuando la distancia de los polos aumenta. El punto B de la figura, muestra la forma en que actúan las líneas de fuerza magnéticas para producir un campo magnético alrededor de dos polos iguales. En este caso, el campo magnético contiene fuerzas de repulsión. En el centro del espacio existente entre los polos de igual nombre hay un campo magnético de intensidad cero, porque la fuerza magnética producida por un polo es igual y opuesta a la fuerza magnética producida por el otro polo.

FORMAS Y USOS DE LOS IMANES Debido a los muchos usos que tienen, se fabrican imanes temporarios y permanentes de variadas formas y tamaños. Las barras imantadas, imanes herraduras y anillos imantados, constituyen los tres tipos de imanes fundamentales. Barras Imantadas: La barra imantada tiene su uso más común en el laboratorio, donde se la utiliza para estudiar los efectos del magnetismo. Cuando se desea obtener un campo más fuerte, se deben colocar dos o más imanes juntos. La siguiente figura muestra este tipo de imán, llamado “imán compuesto”

Otro método para obtener un campo más potente, consiste en construir el imán con varias tiras finas de material, en lugar de una gruesa. En la siguiente figura puede verse dicho imán, llamado “imán laminado”. En realidad, el imán laminado es una forma de imán compuesto y, como en todo imán compuesto, los polos del mismo signo deben ser colocados juntos.

Imanes en Herradura: Los imanes usados en la mayoría de los equipos electrónicos tienen por lo general forma de herradura, o una variación de esta forma, porque proveen un campo magnético mucho más potente que un imán tipo barra de igual material. Este campo más potente resulta porque los polos están más juntos y, en consecuencia, se concentra el campo magnético en un espacio menor. En la figura podemos ver algunas de sus formas:

43


Horacio García

Aquí también se puede obtener un campo magnético más fuerte, formando un imán herradura compuesto o laminado. Entre las aplicaciones específicas de los imanes herradura, se puede mencionar su uso en altoparlantes tipo bocina, en instrumentos de medición y como núcleos magnéticos de transformadores.

Anillos Imantados: Otro tipo de imán usado en los equipos electrónicos, es el imán anillo. Se fabrica cuadrado o redondo, según se puede ver en la siguiente figura:

Obsérvese que dicho imán no tiene polos magnéticos ni campo magnético exterior, puesto que, las líneas de fuerza hacen su recorrido completo dentro del imán. Si se le corta un trozo, inmediatamente quedan establecidos un polo norte y un polo sur, transformándose, entonces, en imán de tipo herradura. Su utilización es casi coincidente con los imanes de tipo herradura. No obstante, un uso muy importante de este tipo de imanes es el de proteger de fuerzas magnéticas externas a instrumentos sensibles, como ser medidores y relojes. La siguiente figura muestra cómo un anillo circular magnético actúa como blindaje magnético.

El campo existente entre los polos del imán es deformado por el anillo de hierro, de manera que no pasan líneas de fuerza a través del objeto protegido.

Manejo y cuidado de los imanes: Para prevenir la pérdida del magnetismo de los imanes permanentes y que, en consecuencia, se vuelvan inútiles, se debe tener cuidado en el manejo de los mismos y también en el manejo de los equipos que los contengan. Un pedazo de acero u otro metal que ha sido imantado, puede ser desmagnetizado por una fuerza externa que altera la posición alineada de las moléculas. Si se golpea el imán con un martillo, se sacuden las moléculas, y este movimiento hace que vuelvan a su posición original desordenada. También el calentamiento del imán dilata el metal y permite a las moléculas volver a su posición original, desmagnetizándose. En consecuencia, los imanes nunca se deben dejar caer o colocar en lugares de altas temperaturas. ELECTROMAGNETISMO El magnetismo y los efectos magnéticos producidos por el paso de una corriente eléctrica por un conductor, es un fenómeno que se llama “electromagnetismo”. Antiguamente, los hombres de ciencia estudiaron el magnetismo experimentando sólo con imanes permanentes. Por esta razón, se consideró el magnetismo como una ciencia diferente de la ciencia de la electricidad, aunque se conocían algunos hechos de ambas ciencias desde tiempos antiguos. Fue en el año 1820 cuando Hans Christian Oersted, nacido en Dinamarca y profesor de física en la Universidad de Copenhague, descubrió que había una relación directa entre fuerza magnética y fuerza eléctrica. Oersted conectó un conductor de alambre a una pila y lo colocó paralelo a una brújula; la aguja de la misma giró y se colocó en ángulo recto con el conductor. Al 44


Horacio García

continuar sus experimentos, Oersted encontró que si se invertía la dirección de la corriente en el conductor, la aguja de la brújula giraba en ángulo recto hacia la dirección opuesta. Por medio de estos experimentos, Oersted comprobó que un alambre conductor de una corriente eléctrica tiene a su alrededor un campo de fuerza que actúa sobre una brújula, de manera similar al campo de fuerza que tiene a su alrededor un imán permanente. Entonces, toda vez que un conductor de electricidad se somete al pasaje de una corriente, se forma un campo magnético a su alrededor. Como se muestra en la siguiente figura, cuando fluye corriente por el alambre, las líneas de fuerza magnética que circundan al mismo, formarán curvas cerradas alrededor del alambre. El sentido de las líneas depende del sentido del flujo de la corriente en el conductor.

El campo magnético producido por una corriente eléctrica “siempre” está en ángulo recto con la corriente que lo produce. Como consecuencia de tener el campo magnético intensidad y dirección, las líneas de fuerza en la figura, se ven más concentradas cerca del conductor, y gradualmente más raleadas a medida que se alejan del mismo. Ahora bien, si se aumenta la corriente que circula por el conductor, la concentración de líneas de fuerza alrededor del conductor se intensificará y el campo magnético incrementará la distancia de acción. De esta comprobación, resulta evidente que la fuerza o intensidad de un campo magnético alrededor de un conductor de electricidad, aumenta cuando aumenta la corriente y decrece cuando decrece la corriente. La intensidad de un campo magnético de un conductor eléctrico también varía, pero en forma inversa con la distancia. La relación matemática entre corriente, fuerza del campo y distancia, queda expresada por la ecuación:

H=2I d2 Donde: H = Intensidad campo magnético. I = Corriente por el conductor. d = Distancia entre el conductor y el punto a medir. En realidad, el campo magnético alrededor de un conductor no queda limitado a un único plano, sino que existen plano similares en toda la sección del conductor, tal como puede verse en la siguiente figura:

Se ha establecido una regla sencilla para determinar el sentido del campo magnético alrededor de un conductor de electricidad. Esta regla, conocida como “la regla de la mano izquierda”, está basada en la moderna teoría del flujo de la corriente, y establece lo siguiente: “Si se aprisiona el conductor dentro de la mano 45


Horacio García

izquierda, con el dedo pulgar apuntando en la dirección del flujo de la corriente, la dirección de los dedos indicará el sentido de las líneas magnéticas de fuerza”.

En el punto A de la siguiente figura, se muestra la corriente que fluye por el conductor en dirección ascendente. Si aplicamos la regla de la mano izquierda, se puede ver que el campo tiene un sentido igual al giro de las agujas de un reloj; el punto C, muestra un corte transversal del mismo caso, en donde podemos ver que la corriente fluye hacia fuera de la página (el símbolo del círculo con un punto central, indicaría la punta de una flecha).

En el punto D de la figura, se ve el extremo del conductor mostrando la corriente que fluye hacia adentro de la página (el símbolo del círculo con una cruz, indicaría la cola de una flecha). Nótese ahora, que las flechas en las líneas de fuerza, muestran que el sentido del campo magnético es contrario al de las agujas del reloj, en forma similar al campo mostrado en el punto B. Los campos magnéticos formados por corrientes eléctricas en conductores separados producen atracción o repulsión entre éstos, según sea la dirección del flujo de la corriente en los conductores individuales. Los efectos de corrientes paralelas que fluyen en el mismo sentido, se pueden ver en la siguiente figura:

En el área entre los dos conductores, las líneas de fuerza se oponen mutuamente debilitándose el campo resultante, mientras que en el área fuera de los conductores el 46


Horacio García

campo se fortalece. Como consecuencia del campo debilitado, las líneas de fuerza tienden a circular alrededor de los dos conductores, y los mismos se atraen mutuamente. En consecuencia, se puede establecer que las corrientes paralelas que fluyen en el mismo sentido causan atracción mutua. La siguiente figura muestra los efectos de las corrientes paralelas que fluyen en sentidos opuestos:

Por aplicación de la regla de la mano izquierda, el sentido de las líneas de fuerza indica que los dos campos magnéticos se ayudan mutuamente en la región situada entre los conductores. Puesto que este campo se ve ahora fortificado, tiende a separar los conductores. Se puede establecer, en consecuencia, que corrientes paralelas que fluyen en sentidos opuestos causan repulsión mutua. La figura que sigue, muestra el campo magnético, y los efectos de dicho campo, de dos conductores de corriente situados en ángulo recto:

Si se aplica a cada uno de los conductores, la regla de la mano izquierda, el campo magnético indicado por las líneas de fuerza en los cuadrantes M y N, resultará debilitado. Por la misma razón, el campo en los cuadrantes O y P, resultará reforzado. Como consecuencia de los efectos del campo magnético en los cuadrantes M y N y en los cuadrante O y P, los dos conductores tienden a moverse hacia una posición paralela, con los extremos de los conductores en la dirección de las flechas A y B. nótese que entonces a corriente fluye en el mismo sentido en los dos conductores. En consecuencia, las corrientes que fluyen por conductores ubicados en ángulo recto, producen cambios magnéticos que tienden a forzar a dichos conductores a tomar una posición paralela y con sus corrientes fluyendo en el mismo sentido. Los efectos de los campos magnéticos alrededor de dos conductores de corriente, pueden resumirse en el siguiente enunciado: “Un conductor de corriente siempre tiende a moverse de un campo magnético potente a un campo magnético débil, y el sentido del movimiento es la resultante de las fuerzas que producen todos los campos magnéticos que actúan sobre el conductor”. Si se dobla un conductor de corriente recto en forma de lazo o espira, las mismas líneas circulares de fuerza o del campo magnético, circundan el conductor como cuando era recto. Observar la siguiente figura: 47


Horacio García

Nótese que todas las líneas de fuerza, entran por un lado de la espira y salen por el otro, según vamos aplicando la regla de la mano izquierda en todo el recorrido del lazo. En consecuencia, la espira de alambre actúa como un imán, con un polo norte de un lado de la espira y un polo sur del otro lado. Cuando se arrollan varias espiras o vueltas de alambre para formar una “bobina”, se obtiene una “solenoide”.

Puesto que la corriente fluye en el mismo sentido en todas las espiras, el campo magnético producido entre las espiras es similar a aquél de conductores paralelos que tienen corrientes que fluyen en el mismo sentido. En consecuencia, el campo entre las vueltas individuales resulta debilitado por la oposición del flujo entre las vueltas, ocurriendo que algunas de las líneas de fuerza envuelven a varias espiras del solenoide y aún a éste entero. Estas líneas de fuerza producen un campo magnético que es similar al campo magnético de un imán tipo barra, estableciéndose un polo norte de un extremo del solenoide y un polo sur en el otro. En el conductor superior de cada espira del solenoide, la corriente fluye en sentido hacia fuera de la página y produce un campo magnético alrededor del conductor en el sentido del movimiento de las agujas del reloj. Debido a la proximidad entre los conductores, se puede afirmar que el campo magnético se produce alrededor del solenoide entero. En el conductor inferior de cada espira del solenoide, la corriente fluye en sentido opuesto a la corriente en los conductores superiores; en consecuencia, los campos magnéticos alrededor de los conductores inferiores se combinan para formar un campo magnético continuo e inverso al sentido de las agujas del reloj. De esta manera es como se establecen los dos polos en los extremos del solenoide. Así, mientras fluya corriente a través de las espiras, el solenoide se comportará como un imán permanente. La regla de la mano izquierda, que se emplea para determinar el sentido del campo magnético circundante de un conductor de electricidad recto, puede también aplicarse para determinar el sentido del campo magnético circundante de un solenoide o bobina. Esta regla de la mano izquierda, que se representa en la siguiente figura, establece lo siguiente: “Aprisiónese el solenoide o bobina con la mano izquierda, de manera que los dedos sigan con sus extremos el sentido del flujo de la corriente alrededor de la bobina; extiéndase el pulgar en ángulo recto con los dedos, y el pulgar entonces apuntará en el sentido del polo norte”.

48


Horacio García

Si se coloca un pedazo de material magnético, por lo general hierro dulce, dentro del solenoide, las propiedades magnéticas de éste resultan muy aumentadas. Este aumento de fuerza magnética se debe al mejor paso o conducción que el hierro dulce provee a las líneas de fuerza con respecto al aire. El interior de cualquier bobina se llama “núcleo” del imán, ya sea de aire o de un material magnético. Si se arrolla la bobina a un núcleo de material magnético, el conjunto se denomina “electroimán”. La siguiente figura muestra un electroimán común:

CIRCUITOS MAGNÉTICOS El camino que toman las líneas de fuerza magnéticas (flujo magnético), ya sea por el aire o por un material magnético, recibe el nombre de “circuito magnético”. Las leyes que se aplican a los circuitos magnéticos son similares (pero no las mismas) que las de los circuitos eléctricos. Son comparables a la corriente, tensión y resistencia de los circuitos eléctricos, el flujo de líneas magnéticas, la fuerza magnetomotriz y la reluctancia, respectivamente, de los circuitos magnéticos. El “flujo” de un circuito magnético es el total de líneas de fuerza magnéticas dentro o alrededor del mismo, y su unidad de medida (designada por la letra griega φ) es el “maxwell”. La energía requerida para producir un flujo magnético por un circuito magnético, se llama “fuerza magnetomotriz” o “f.m.m.”, y su unidad de medida (designada por la letra F) es el “gilbert”. La resistencia que se opone al flujo en un circuito magnético se llama “reluctancia”. Similar a la resistencia en los circuitos eléctricos, la reluctancia de un material magnético se designa por la letra R; pero al contrario de la resistencia eléctrica, no es un valor constante para un determinado material. En efecto, la reluctancia varía con la densidad del flujo del material (el número de líneas de fuerza por unidad de superficie). No se ha dado un nombre a la unidad de medida de la reluctancia. Las relaciones entre flujo, fuerza magnetomotriz y reluctancia de los circuito magnéticos, se expresan matemáticamente por los equivalentes de la ley de Ohm para circuitos magnéticos. En consecuencia: F=φR ;

φ=F

R

;

R=F φ

La siguiente tabla muestra una relación entre las fórmulas de la ley de Ohm para circuitos eléctricos y para circuitos magnéticos:

49


Horacio García

Es evidente que, en los dos tipos de circuitos, el resultado producido (corriente o flujo) es directamente proporcional a la fuerza que lo produce (tensión o f.m.m.), e inversamente proporcional a la oposición encontrada (resistencia o reluctancia). La siguiente figura muestra una comparación de la corriente, tensión y resistencia en circuitos eléctricos, y el flujo, f.m.m. y reluctancia, en circuitos magnéticos:

Las diferencias más importantes entre las propiedades del circuito eléctrico y las del circuito magnético son las siguientes: 1) En el circuito eléctrico, la resistencia es constante y puede determinarse en base a la relación de tensión a corriente en el circuito; la reluctancia no es constante y depende de la intensidad del campo magnético. 2) En los circuitos eléctricos, la corriente fluye realmente desde un punto hasta otro (movimiento de electrones). En el circuito magnético, el flujo no fluye en realidad: las líneas de fuerza son meramente una indicación de la intensidad (dada por la intensidad del flujo por unidad de área) y de la dirección del campo magnético.

Fuerza magnetomotriz (f.m.m.): La fuerza requerida para producir un flujo magnético se denomina fuerza magnetomotriz, o f.m.m. Un gilbert de f.m.m. es igual a la presión magnética requerida para producir una línea de fuerza en un circuito magnético que tiene una unidad de reluctancia. Si la oposición ofrecida por el circuito magnético al flujo se mantiene constante, la cantidad de flujo dependerá solamente de la cantidad de f.m.m. aplicada. Cuando se estudia un circuito magnético es necesario considerar la longitud del material magnético para determinar la influencia de la f.m.m. sobre el circuito. La fuerza magnetomotriz por unidad de longitud de un circuito magnético se llama “intensidad de campo magnético” y se indica por el símbolo H. Cuando la longitud del circuito magnético se mide en centímetros y la f.m.m. se expresa en gilbert, la unidad de intensidad de campo es el “oersted”. Para estos propósitos, el oersted se define como un gilbert por centímetro de largo del circuito magnético. La intensidad de magnetización (H), cuando se mide con respecto a la fuerza magnetomotriz (F) y la longitud (L) de un circuito magnético, se expresa matemáticamente por la ecuación: H=F L Donde: F = Fuerza magnetomotriz. L = Longitud del circuito magnético. H = Intensidad del campo magnético. De la ecuación se deduce que la intensidad de campo en un circuito magnético decrece, según aumenta la longitud del mismo. Si se despeja F de la ecuación anterior:

F=H.L 50


Horacio García

En consecuencia, puede determinarse la f.m.m. requerida para producir un determinado flujo en un circuito magnético, cuando se conoce la intensidad de campo y la longitud del circuito magnético. Toda vez que circule corriente por un solenoide, o bobina de alambre, se produce una f.m.m. En consecuencia, en un electroimán se crea una intensidad de campo, al circular una corriente eléctrica por su solenoide, que está arrollado sobre una parte del circuito magnético. Puesto que la fuerza del campo magnético en el conductor crece cuando la corriente por el conductor aumenta, el campo magnético en el solenoide también crece cuando la corriente aumenta en el solenoide. En realidad, para cualquier bobina, duplicando la corriente se duplica la fuerza del campo magnético. Además, como el total del campo magnético alrededor de la bobina es igual a la suma de los campos de las vueltas o espiras individuales, un aumento en el número de vueltas aumenta la intensidad de todo el campo magnético. Es por eso que la cantidad de flujo (líneas de fuerza) alrededor del solenoide, ya tenga éste un núcleo de aire o de hierro, es proporcional a la corriente que fluye en la bobina y al número de vueltas electromagnéticas de la bobina. El término de “vuelta electromagnética” en este caso significa una vuelta del conductor alrededor del núcleo del electroimán. Se entenderá mejor si observamos la figura siguiente:

Por ejemplo, para calcular a fuerza magnetomotriz de un electroimán de una longitud de diez veces mayor que su diámetro, es igual al producto de la corriente que pasa por la bobina, por el número de vueltas, y por una constante (1,26). Se expresa matemáticamente por la ecuación:

F = 1,26 . N . I Donde: F = Fuerza magnetomotriz. N = Número de vueltas de la bobina. I = Corriente que fluye por la bobina. 1,26 = Factor proporcional derivada entre longitud y diámetro. Cuando la longitud del solenoide es menor que diez veces su diámetro, puede despreciarse el factor numérico 1,26. En este caso, la f.m.m. es igual al producto del número de vueltas por la corriente en la bobina, y la expresión matemática se convierte ahora en:

F=N.I Donde: F = Fuerza magnetomotriz. N = Número de vueltas de la bobina. I = Corriente que fluye por la bobina. La densidad de flujo de un material magnético depende de la conductibilidad magnética del mismo, y del valor de la intensidad de campo o fuerza magnética. En los materiales no magnéticos, cualquier variación de la intensidad de campo produce una variación proporcional de la densidad del flujo; no así en los materiales magnéticos, en los que la densidad de flujo no varía en proporción a la fuerza magnética o intensidad de campo. La forma en que la intensidad de campo afecta la densidad del flujo en los materiales magnéticos, depende del tipo de materiales de esta clase que se utilice.

51


Horacio García

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA En lo tratado anteriormente se supuso que la fuente de tensión era una batería. Sin embargo, como fuente de producción de f.e.m. en gran escala, la batería es cara y poco práctica. Por esta razón, es necesario valerse de otros medios para obtener energía eléctrica en grandes cantidades. La forma más común para obtenerla es mediante el uso del “generador”. El generador es un dispositivo que emplea el principio de inducción electromagnética para su funcionamiento. La “inducción electromagnética” se define como la inducción de una f.e.m. en un conductor que atraviesa, o es atravesado, por un campo magnético. La tensión generada por la inducción electromagnética puede ser dividida en tres clases (por ahora, sólo consideraremos a la primera de ellas): 1) La tensión resultante del movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético. 2) La tensión que aparece en un circuito debido a la variación del campo magnético que rodea un circuito próximo; se lla ma “inducción mutua”. 3) La tensión inducida en un conductor por variaciones de corriente en el propio conductor, conocida como “autoinducción”. La generación de la electricidad en la forma utilizada en nuestros días empezó con el descubrimiento de la f.e.m. inducida, realizado por Michael Faraday en 1831. Como agregado para una mejor comprensión de este tema, veremos ahora las relaciones entre campos eléctricos y magnéticos y la teoría electrónica de la inducción electromagnética.

Relaciones entre los campos eléctricos y magnéticos: El electromagnetismo ha sido atribuido al flujo de corriente de un conductor, y éste, al movimiento de las cargas. En consecuencia, el electromagnetismo será producido por el movimiento de las cargas. Recordando que una carga eléctrica tiene un campo eléctrico a su alrededor, se infiere que un campo eléctrico en movimiento crea un campo magnético. Este fenómeno se utiliza como base del desarrollo y la explicación del funcionamiento de los generadores. La fuerza de un campo magnético actúa en ángulo recto con respecto al campo eléctrico, y en la misma forma con respecto al sentido en el cual se desplaza la carga eléctrica asociada con el campo eléctrico. Este concepto se muestra en la siguiente figura:

El campo eléctrico de una carga negativa, por ejemplo, un electrón, se observa en el punto A de la figura, mientras que el campo magnético de un conductor se ve en el punto B. Cuando las partes A y B están combinadas como en el punto C, pueden observarse fácilmente las relaciones entre el campo eléctrico y magnético de una carga móvil. Nótese que cuando una línea de fuerza eléctrica cruza una línea de fuerza magnética, se cortan perpendicularmente, y que las líneas de fuerza eléctrica y magnética están en ángulo recto con respecto al sentido de desplazamiento de la carga.

Teoría electrónica de la inducción electromagnética: Considérese el caso de un conductor móvil en un campo magnético fijo, según muestra la siguiente figura: 52


Horacio García

El conductor se muestra desplazándose hacia abajo, cortando las líneas de fuerza. Como muestra la figura que sigue, el conductor contiene electrones libres, uno de los cuales está indicado.

Cuando el conductor se desplaza hacia abajo a través del campo magnético, los electrones libres del conductor deben, necesariamente, desplazarse junto con el mismo. Por los tanto, el movimiento del electrón libre indicado es hacia abajo, según podemos ver en la figura que sigue:

Anteriormente se estableció que una carga móvil produce un campo magnético en un plano que formará ángulo recto con el sentido del movimiento. Luego, hay un campo magnético producido por el desplazamiento del electrón libre, según vimos en la figura anterior. Téngase en cuenta que el campo magnético a la derecha del electrón libre en movimiento, “va en el mismo sentido” que el campo del imán, de polo norte a polo sur. De esta forma, se refuerza el campo magnético resultante del lado derecho del electrón libre en movimiento. No obstante, a la izquierda, el campo del electrón se opone al del imán, y el campo magnético se debilita. En estas condiciones, el electrón libre es empujado desde la porción del campo desde la porción del campo reforzado hacia la porción debilitada del campo, o de derecha a izquierda, según vemos en la siguiente figura:

Otros electrones libres se desplazan de la misma manera, causando así la acumulación de un exceso de electrones en el extremo izquierdo del conductor, que se carga negativamente. El extremo derecho tiene un déficit de electrones y, por lo tanto, queda cargado positivamente, según podemos ver en la figura que sigue:

53


Horacio García

Se requerido de cierto “trabajo” para desplazar a los electrones de derecha a izquierda, existiendo, por lo tanto, una diferencia de potencial entre los extremos del conductor. En realidad, cada electrón se desplaza una distancia muy pequeña, produciendo una pequeñísima diferencia de potencial. Sin embargo, esto ocurre en toda la longitud del conductor y las diferencias de potencial se suman, dado que están en serie, lo que produce una gran diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Esta diferencia de potencial se mantiene durante tanto tiempo como el conductor se siga desplazando hacia abajo. Como el extremo negativo está a un potencial inferior al positivo, se considera que el conductor actúa como una batería. Si se conecta un circuito externo a los extremos del conductor, por ejemplo un galvanómetro, tal como indica la figura, fluirá una corriente debido a la tensión inducida.

Hemos establecido, hasta aquí, la tensión inducida en un conductor, cuando éste se desplaza dentro de un campo magnético estacionario. La inversa es también cierta, y es: Si el conductor permanece inmóvil y el imán se desplaza de manera que su campo corte al conductor, se inducirá una tensión en el mismo. De aquí que. Siempre que se produzca un movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético tal que el primero corte al segundo, se induce en el conductor una diferencia de potencial. Hay cuatro factores que determinan la magnitud de la tensión inducida: El número de vueltas del conductor, la intensidad del campo magnético, a velocidad del movimiento relativo del conductor con respecto al campo magnético, el ángulo bajo el cual corta el conductor al campo magnético. A) Aumentando el número de vueltas

En la figura puede verse que una sola vuelta de alambre con sus extremos conectados a un galvanómetro, es atravesada por el campo magnético de una barra imantada. Cuando esta barra se mueve a través de la espira, la tensión inducida origina una corriente en el circuito según se ha indicado. Si se agregan más vueltas de alambre (ver siguiente figura), para igual movimiento del imán, habrá una mayor deflexión de la aguja del galvanómetro.

54


Horacio García

La razón de esto es que las espirales de alambre están, en realidad, conectadas en serie; y la tensión inducida resultante es la suma de las tensiones de cada espira. B) Incrementando la intensidad del campo magnético:

Esto puede hacerse colocando un arrollamiento alrededor del imán, es decir, aumentando la fuerza del campo mediante la acción electromagnética. El corte de este campo incrementado por un conductor producirá una tensión inducida mucho mayor. C) Velocidad de movimiento relativo del conductor con respecto al campo magnético o viceversa: Si el conductor pasa a través del campo magnético, primero lentamente y después rápidamente, se verá que cuanto mayor es la velocidad del movimiento tanto mayor es la tensión originada. Luego, vemos que aumentando la velocidad relativa entre el conductor y el campo magnético, aumenta la tensión inducida. Si se detiene el movimiento, no se producirá tensión inducida, ya que no se cortará ninguna línea de flujo. D) Teniendo en cuenta el ángulo bajo el cual corta el conductor al campo magnético: Cuando un conductor se mueve de norte a sur a través de un campo magnético, o viceversa, paralelamente a las líneas de fuerza, no habrá tensión inducida, puesto que no se corta ninguna línea de fuerza. Si el mismo conductor corta el campo magnético exactamente en ángulo recto con respecto a las líneas de fuerza, todas las líneas resultan cortadas y se inducirá la máxima tensión en el conductor. Cualquier ángulo comprendido entre la dirección paralela al movimiento y la dirección perpendicular al mismo, crea un camino más largo, a través del cual debe seguir el conductor hasta cortar a todas las líneas de fuerza. Esto, en realidad, disminuye la velocidad de corte, que a su vez se traduce en una disminución de la magnitud de la tensión inducida. Si se estudia nuevamente la última figura, y se invierte el movimiento del conductor (hacia arriba), los electrones libre que el mismo contiene reaccionan de manera opuesta, puesto que la polaridad de la tensión se invierte, y el galvanómetro indica un flujo inverso de corriente inducida. Es también evidente que invirtiendo el sentido del campo magnético se producirá la misma reacción.

Ley de Lenz: De acuerdo con la ley de la conservación de la energía, ésta no puede crearse ni destruirse; por lo tanto, la tensión (energía eléctrica) producida por inducción electromagnética, debe originarse a expensas de otras formas de energía. En este caso, la energía mecánica (movimiento del conductor o del imán) se transforma en energía eléctrica en la bobina. Experimentos sobre tensiones inducidas, realizados por el físico alemán Lenz, lo llevaron al descubrimiento de la ley que gobierna la polaridad de la tensión inducida. Esta ley, llamada “ley de Lenz”, dice: “La tensión debida a la inducción electromagnética tiene un sentido tal, que el flujo de corriente y su campo magnético resultante se oponen a la causa que la produce”. La ley de Lenz se usa para determinar el sentido de la tensión y corriente inducidas en un circuito. Mediante la siguiente figura se puede explicar la aplicación de la ley de Lenz. El campo magnético producido por la bobina, debido a la acción de la corriente inducida, debe tener tal dirección que se oponga a la entrada del imán dentro de la bobina. El movimiento del imán dentro de la bobina es la fuerza productora de la corriente inducida. 55


Horacio García

Usando la regla de la mano izquierda (para bobinas) en la determinación del sentido de la corriente en dicho campo magnético, pulgar, que indica el sentido del polo norte, apunta hacia el polo norte del imán. Por lo tanto, la dirección de los dedos, da el sentido de la corriente. De acuerdo con la ley de Lenz, cuando se retira el imán de la bobina, según muestra la siguiente figura, la corriente inducida debe tener un sentido tal que el campo magnético producido por ésta trate de atraer nuevamente al imán hacia adentro de la bobina.

Usando la regla de la mano izquierda, se puede apreciar que el sentido de la corriente se ha invertido.

MOTORES Y GENERADORES SIMPLES DE CORRIENTE CONTINUA Un “generador” es una máquina que emplea los pri ncipios de la inducción electromagnética para transformar energía mecánica en eléctrica. Según se ha explicado, la inducción electromagnética induce tensión en una bobina, siempre que ésta sea cortada por las líneas de fuerza de un campo magnético. Un generador consiste en un número de bobinas y un campo magnético constante, dispuestos de tal manera que el movimiento relativo de uno con respecto al otro induce una tensión en las bobinas. Acción de un generador: Supongamos que tenemos una espira suspendida en un campo magnético. La magnitud de la tensión inducida en la espira está determinada por el régimen de revoluciones de la espira móvil dentro del campo magnético (líneas de fuerza del mismo), y la intensidad del flujo que atraviesa la espira. Cuando la espira gira dentro del campo a un régimen de revoluciones constante, la tensión instantánea inducida en la misma, depende de la densidad del flujo del campo magnético en cada punto de medición. En el instante en que el flujo concatenado es mayor, la tensión inducida es máxima. Esta condición se cumple cuando la bobina pasa por el punto de máxima densidad de flujo; para ello, veamos la siguiente figura:

56


Horacio García

Nótese que en ese instante los lados de la espira (a-b y c-d) se mueven perpendicularmente a las líneas de fuerza, cortando así el máximo número de éstas. En el momento en que el flujo concatenado es mínimo, o sea cuando la espira pasa por el punto en que la densidad del flujo es mínima, la tensión inducida también resulta mínima, como se puede ver en la siguiente figura:

Obsérvese que los costados de la espira se mueven paralelamente a las líneas de fuerza en vez de atravesarlas; por lo tanto, no hay tensión inducida en la espira. Puede considerarse que la tensión que se induce en la bobina mientras está girando en el campo magnético, se debe a la acción del conductor que corta las líneas de fuerza. Esta es solamente una forma más de expresar que la tensión inducida en una bobina se debe al movimiento de la espira con respecto al flujo concatenado en ella. Las únicas partes de la espira que cortan el campo magnético cuando ésta gira, son los lados a-b y c-d. la conexión entre ambos lados (lados b-d), no tiene ninguna tensión inducida.

Generador simple de corriente continua: La siguiente figura muestra el funcionamiento de un sencillo generador de C.C. (corriente continua), que consiste en una sola espira suspendida en un campo magnético. Sus extremos están conectados a un aparato llamado “conmutador” que convierte la corriente alterna generada por la esp ira giratoria (debido a la inversión de las posiciones de los lados X e Y, según la bobina va girando) en una corriente que fluye en un solo sentido a través del circuito exterior (bornes exteriores). En general, un conmutador consiste en un anillo metálico (generalmente de cobre) dividido en un cierto número de segmentos, aislados unos de otros, y del eje sobre el cual van montados junto con la bobina. En el generador elemental mostrado en la figura, el conmutador consiste en sólo dos segmentos, separados por aire, cada uno conectado a un lado de la espira giratoria. Dos escobillas (de carbón o metal), montadas en lados opuestos del conmutador, se apoyan en su superficie para lograr contacto eléctrico entre la bobina y el circuito externo. El funcionamiento del conmutador se comprende fácilmente estudiando la figura, que muestra las posiciones del mismo durante una vuelta completa de la bobina.

57


Horacio García

Para las posiciones de rotación desde el punto A al punto E, la corriente en la bobina rotativa fluye en el sentido indicado por las flechas, y sufre los cambios de magnitud indicados por los puntos correspondientes en la curva de tensión. En la posición E, la bobina ha completado una media revolución y su tensión inducida es cero. Durante la segunda media revolución, entre las posiciones F a I, cada lado de la bobina corta el campo en sentidos opuestos y, en consecuencia, el flujo de la corriente se invierte. Pero, en el momento en que la corriente en los lados de la bobina cambia su sentido, los segmentos del conmutador invierten sus contactos con las escobillas; y, en consecuencia, la corriente que fluye por la carga está en el mismo sentido durante la segunda mitad de la revolución, que la que tenía durante la primera mitad, como se muestra en los puntos E a I sobre la curva. Por lo tanto, aunque en un generador de corriente continua, el flujo de la corriente cambie de sentido en la bobina giratoria, en la descarga externa dicho flujo tiene sólo un sentido por el efecto del conmutador.

Motores de corriente continua: Un “motor” es una máquina que utiliza los principios de la inducción electromagnética para convertir energía eléctrica en energía mecánica. Es sabido que existe un campo magnético alrededor de cualquier conductor de corriente, y que la intensidad de este campo depende de la cantidad de corriente que circula por el conductor. Cuando se coloca un conductor de corriente en un campo magnético, se ejerce sobre el conductor una conducción tendiente a desplazarlo del campo. Esta fuerza es el principio elemental de los motores.

Nótese que el conductor tiende a moverse en ángulo recto al campo. La figura que sigue a continuación, muestra una sección transversal de un motor simple de corriente continua.

58


Horacio García

Si se suspende una bobina en un campo magnético, no se produce par de rotación que ejerza efecto sobre la bobina. En esta posición, la bobina está en un plano neutral, y las fuerzas que actúan sobre los lados de la misma sólo tratan de separarlos. Si se gira la bobina a la posición que se muestra a continuación, las fuerzas que actúan sobre los lados de la misma producen un efecto rotativo.

Este efecto rotativo alcanza su máximo según se muestra a continuación:

Si se invirtiera la corriente de la bobina en el momento preciso, se crearía una rotación constante. La inversión de corriente se consigue mediante el uso de un conmutador. Sin embargo, si la bobina está en posición de par nulo, no arrancará cuando se le suministre la corriente. Si se agrega otra bobina en ángulo de 90º con la original, el conjunto así formado girará, sea cual fuere su posición inicial. Para explicar lo dicho, ver la siguiente figura:

Podemos ver cómo actúa sobre la bobina C-D una fuerza que lleva el sentido de las agujas del reloj, y según ésta va girando, acciona el conmutador y también hace girar la bobina A-B. A medida que C-D se mueve hacia el punto neutro, el conmutador conduce corriente a la bobina A-B. Ésta es entonces obligada a girar hasta que la corriente sea conducida nuevamente por el conmutador, a la bobina C-D, esta vez en sentido inverso. La repetición de este proceso (ciclo) causa una continua acción en el sentido de giro de las agujas del reloj.

59


Horacio García

CAPÍTULO 5 LEYES DE KIRCHHOFF. ANÁLISIS DE CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

    

Introducción. Leyes de Kirchhoff. Aplicación de las leyes de Kirchhoff. Potencia eléctrica. Energía eléctrica.

60


Horacio García

INTRODUCCIÓN La ley de Ohm, que se aplica a circuitos serie y paralelo, permite resolver la mayoría de los problemas de los circuitos eléctricos a su equivalente en circuitos sencillos. Sin embrago, esta ley es a veces insuficiente para resolver ciertas redes complejas, donde se encuentran muchas ramas y fuentes de poder. En 1857, Gustav Kirchhoff, físico alemán, obtuvo por experimentación, dos proposiciones que ampliaron el uso y la aplicación de la ley de Ohm. Las dos proposiciones de Kirchhoff fueron transformadas en leyes que se conocen como leyes de Kirchhoff y establecen: 1) La suma algebraica de las corrientes que concurren a un nodo (punto común) de corriente en un circuito eléctrico es igual a cero. 2) La suma algebraica de las fuerzas electromotrices y las caídas de tensión alrededor de cualquier circuito o malla eléctrica cerrada es igual a cero. Por medio de la aplicación de las leyes de Kirchhoff a los circuitos, se podrán comprender las más complejas redes eléctricas. No obstante, se debe destacar, que la ley de Ohm y otras leyes simples, no deben por eso dejarse de lado, pues son a base de todo análisis de circuito.

LEYES DE KIRCHHOFF Como estas leyes están basadas en hechos conocidos relacionados con los circuitos eléctricos, será conveniente rever y ampliar algunas de estas importantes conclusiones, antes de proceder a la exposición detallada de las aplicaciones de las leyes de Kirchhoff. En un circuito eléctrico, ya sea en serie, en serie-paralelo, o en paralelo, la distribución de tensiones ha sido explicada anteriormente como “caída de tensión” a través de un elemento o grupo de ellos en el circuito.

En la figura, la disposición del circuito se ha resuelto mediante la aplicación de la ley de Ohm, donde la caída de tensión a través de los resistores individuales se indican: VR1=100V; VR2=50V; VR3=50V. Si se colocase un voltímetro a través de R 3, con la polaridad indicada del instrumento, se puede medir una caída de tensión de 50 volt. Se puede establecer que un punto A es 50 volt negativo con respecto al punto B (o que el punto B es 50 volt positivo con respecto al punto A). Si se deja una punta de prueba del instrumento en el punto A, y con la otra primero en C y después en D, indicará que el C es 100 volt positivo con respecto al A; y que el D es 200 volt positivo con respecto al A, o, lo que es lo mismo, el A es negativo con respecto a esos dos puntos, con igual diferencia de tensión. Esto muestra que las caídas de tensión en serie se suman, y que la polaridad es meramente la dirección de observación de una caída de tensión. Si se mira hacia un punto a partir del cual fluye corriente (como el punto A con respecto al punto C) la polaridad es negativa. Si el flujo de corriente se considera ahora como se tuviese el sentido de C hacia A, la polaridad es positiva. Nuestro punto de referencia es, a veces (no necesariamente), llamado tierra. Una parte del circuito o del equipo tendrá solamente un potencial de tierra, aunque use una cantidad de 61


Horacio García

puntos de referencia para distintas mediciones. Como ya se ha explicado, en un circuito serie, la suma de las caídas individuales de tensión (R x I) a través de todo el circuito, debe ser igual a la tensión aplicada. El término caída de tensión puede aplicarse conjuntamente con la expresión: “positiva o negativa con respecto a…”, para indicar la polaridad de la caída de tensión con respecto a un punto de referencia conocido. Hemos visto e insistido constantemente en que el sentido de flujo de la corriente se toma desde el punto de potencial negativo hacia el punto de potencial positivo. En el estudio de las leyes de Kirchhoff, seguiremos utilizando esta convención. Si se recuerda el significado de los términos tensión, polaridad, punto de referencia y sentido del flujo de la corriente, se podrá comprender la relación existente entre las leyes de Kirchhoff y las leyes para circuitos en serie y en paralelo.

Ley de tensiones de Kirchhoff (2º ley): “La suma algebraica de las fuerzas electromotrices y las caídas de tensión alrededor de cualquier malla o red eléctrica cerrada es igual a cero”. O, lo que es lo mismo, la suma de las caídas de tensión en un circuito en serie, es igual a la tensión aplicada. Para entender mejor esta ley, veamos nuevamente la figura anterior y supongamos que la corriente fluye en el sentido de las flechas. La fórmula de la tensión total del circuito (V T), es: VT = IR3 + IR2 + IR1 El orden indicado de la caída de tensión: I R3; I R2; IR1, se debe al hecho de que al recorrer un circuito eléctrico (sin tener en cuenta su sencillez), es usual seguir el flujo de la corriente eléctrica. Comenzando en el punto A de la figura, seguimos el circuito en el sentido del flujo de la corriente. Debe recordarse el hecho de que cuando se encuentra un resistor, existe una caída de tensión sobre dicho componente; esta caída es restada pues representa una pérdida a través de la totalidad del circuito. La caída de tensión se indica como tal con un signo negativo (-) para señalar que por el componente se obtiene o resulta una caída de tensión o caída I x R. Al recorrer el circuito del punto A al punto D, las caídas de tensión son como sigue:

-IR3 – IR2 – IR1 Si se continúa siguiendo el flujo de la corriente del punto D al punto A, se encuentra la batería que es la fuente de tensión de todo el circuito. En consecuencia, la tensión (VT) producida por la batería se indica con el signo positivo (+) para indicar la fuente de potencial. Las caídas de tensión individuales de las resistencias y la tensión de la batería se colocan en una ecuación que satisfaga la ley de tensión de Kirchhoff, y el resultado es el siguiente:

- IR3 – IR2 – IR1 + VT = 0 Si en la última ecuación reemplazamos los términos por los valores indicados en la figura, podremos calcular el valor de la corriente que fluye en el circuito: - 25Ω x I3 - 25Ω x I2 - 50Ω x I1 + 200V = 0 Como se trata de un circuito serie I 1=I2=I3=IT, por lo tanto, podemos sumar, en la ecuación, los tres primeros términos:

- 100Ω x IT + 200V = 0 Despejando IT => IT = - 200V = 2A - 100Ω Podemos cotejar el valor de corriente total calculado con el valor indicado en la figura, comprobando que son iguales. 62


Horacio García

Debe destacarse que el punto usado (punto A) como comienzo y final de una malla completa, fue simplemente un punto elegido al azar. El resultado sería el mismo si se hubieran usado los puntos B, C o D, como puntos iniciales. Si la corriente resultante calculada lleva signo negativo, el verdadero sentido de la corriente será opuesto al que hemos supuesto en un principio. Los puntos que siguen aclararán este concepto: 1) Las caídas de tensión se hallan siguiendo la resistencia en el sentido supuesto para el flujo de corriente. 2) El sentido asignado al flujo de corriente carece de importancia mientras no sea cambiado durante la solución del problema. 3) El valor de la corriente calculada será precedido por un signo negativo (-) si el sentido que se asignó al flujo de corriente es opuesto al real.

Ley de Kirchhoff para corrientes (1º ley): “La suma algebraica de las corrientes que concurren en un nodo (punto de bifurcación de corrientes) de un circuito, es igual a cero”. O, en otra forma: la suma de las intensidades de las corrientes que llegan a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo. Veamos la siguiente figura y supongamos que el sentido de la corriente está indicado por las flechas llenas. La fórmula para la corriente total del circuito (I T) que entra por el punto B y sale por el punto C, es: IT = I1 + I2

De los estudios previos sobre circuitos paralelos, se deduce que la corriente total del circuito se divide en el punto de unión B en corrientes de las ramas individuales I 1 e I2. En forma similar, estas corrientes de las ramas individuales se recombinan en el punto C para formar nuevamente la corriente total del circuito (I T). Si seguimos el circuito desde el punto A en el sentido del flujo de la corriente, y recordamos que la corriente se divide en el punto de unión, la corriente total que entra en el punto de unión B (I=4A), se dividirá en proporción al valor de resistencia de cada rama. Puesto que ambas resistencias de cada rama son iguales en valor, las corrientes de I2 e I1 serán, sumadas, igual a 2 amper cada una. Cuando se sigue un flujo de corriente hacia una unión, la corriente que entra en la misma siempre es precedida por un signo positivo (+). En este caso, la corriente I T se escribe +IT en el punto de unión B. Asimismo, la corriente que sale de la unión siempre es precedida por un signo negativo (-). Esto quiere decir que en el circuito de la figura, las corrientes de las ramas I1 e I2 se escriben – I1 y – I2, respectivamente, cuando se considera el punto de unión B. Las corrientes en la unión B pueden ahora representarse por la ley de corriente de Kirchhoff:

+IT – I1 – I2 = 0 Al reemplazar los términos de la ecuación por los valores de corriente de la figura, puede comprobarse la ley de corriente de Kirchhoff:

+ 4A – 2A – 2A = 0 + 4A – 4A = 0 0=0 63


Horacio García

Al considerar la ley de Kirchhoff para tensiones, se estableció que no es necesario conocer el sentido exacto del flujo de la corriente puesto que la dirección puede ser supuesta. Este factor también se aplica a la ley de corriente de Kirchhoff. De los conceptos anteriores, se aclaran los siguientes puntos: 1) La suma de las corrientes convergentes a un punto de unión es igual a la suma de las corrientes que salen de esa unión. 2) No es necesario conocer el presunto sentido del flujo de corriente, sea o no el verdadero, pues no es cambiado durante la solución del problema. 3) La corriente que entra a una unión es precedida por un signo positivo (+), y la corriente que deja la misma es precedida por un signo negativo (-).

APLICACIÓN DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF En los ejemplos siguientes de aplicación, se buscarán los valores de corriente de dos circuitos simples para familiarizarse con los mecanismos de las dos leyes, ya sea en aplicación separada o conjunta. Circuitos en serie con dos fuentes de tensión: Considérese primeramente el caso de un circuito simple en serie, con dos fuentes de tensión ayudándose mutuamente, tal como muestra la siguiente figura:

Se supone que el flujo de corriente es el indicado; la corriente total del circuito (I) puede determinarse por la aplicación de la ley de tensión de Kirchhoff. En consecuencia, comenzando en el punto A y con un sentido contrario a las agujas del reloj, la ecuación y solución resultante será:

-I x R1 + V2 – I x R2 + V1 = 0 -I x 20Ω + 100V – I x 30Ω + 200V = 0 -I x 50Ω + 300V = 0 I = -300V = 6A -50Ω Los valores combinados de las baterías representan una tensión única de 300 volt, pues están conectadas en serie y se suman. Si una de las baterías estuviera invertida, sus valores combinados representarían de todas maneras una sola fuente de tensión; sin embargo, el valor de la tensión de la fuente sería ahora la diferencia entre las tensiones de las baterías. Veamos ahora la siguiente figura. La disposición del circuito es la misma que la anterior, excepto que la polaridad de la batería V 2 ha sido invertida. Si se supone que el flujo de la corriente es el indicado, la intensidad total del circuito calculada mediante la ley de Kirchhoff para tensiones, será:

-I x R1 – V2 – I x R2 + V1 = 0 -I x 20Ω – 100V – I x 30Ω + 200V = 0 64


Horacio García

-I x 50Ω + 100V = 0 I = -100V = 2A -50Ω Al comparar este valor calculado de corriente con el calculado para el caso en que las baterías estaban conectadas en serie, se puede observar que la corriente total del circuito disminuye cuando las baterías se oponen una a la otra. Esto se explica recordando la relación existente entre corriente y tensión, según la ley de Ohm, donde: I=V/R. Si el valor de la tensión disminuye mientras la resistencia permanece constante, la corriente decrecerá. El cálculo de magnitudes en circuitos en serie con más de dos fuentes de tensión se realiza en forma similar a la explicada anteriormente.

Circuito en paralelo con una fuente de tensión: Para explicar la ley de Kirchhoff para corriente se usó anteriormente un circuito en paralelo, cuyas resistencias eran iguales para simplificar la explicación. Ahora usaremos un circuito semejante que tiene distintos resistores, para mostrar la aplicación de las dos leyes de Kirchhoff.

En la figura podemos observar que el circuito tiene dos mallas cerradas (ABFGA y ABCDFGA) y dos nodos (B y F). De acuerdo con la ley de Kirchhoff para intensidades, la suma de las corrientes en ambos nodos es igual a cero. O sea entonces, que la corriente total (I), que va hacia el nodo B, es igual a la suma de las corrientes de las ramas I1 e I2 que salen del nodo B. De la misma manera, la corriente total que sale del nodo F, es igual a la suma de las corrientes de las ramas I 1 e I2 que entran al mismo nodo. De acuerdo con la ley de tensión de Kirchhoff, la suma algebraica de la tensión alrededor de cualquier malla cerrada es igual a cero. En consecuencia, la suma de las tensiones alrededor de ABFGA es igual a cero, y alrededor de ABCDFGA también es igual a cero. Esto es debido a que algunas de las mismas tendrán signo positivo (+) y otras negativo (-). Mediante el uso de los valores indicados en la figura, y las dos leyes de Kirchhoff, se calcularán las corrientes I1, I2 y la corriente total del circuito. Desde el punto A, y continuando en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de la malla ABFGA, la ecuación derivada de la ley es:

-I1 x R1 + V = 0 Por sustitución de los valores indicados en la figura de R 1 y V en la ecuación, y despejando I1, resulta:

-I1 x 60Ω + 100V = 0 I1 = -100V = 1,67A -60Ω Se comienza nuevamente en el punto A y siguiendo el mismo sentido de la malla ABCDFGA, la ecuación de la misma, derivada de la ley de tensión de Kirchhoff, será:

65


Horacio García

-I2 x R2 + V = 0 Se sustituyen los valores indicados en la figura de R 2 y V en la ecuación, y despejando I2 resulta:

-I2 x 40Ω + 100V = 0 I2 = -100V = 2,5A -40Ω De acuerdo con la ley de corriente de Kirchhoff, el valor de la corriente que entra al punto de unión B, debe ser igual al valor de la corriente que deja este punto. En forma de ecuación esto se simboliza:

I = I1 + I2 Se sustituyen los valores calculados de corriente para I 1 e I2 en la ecuación, y el valor de I resultará:

I = 1,67A + 2,5A

=>

I = 4,17A

En forma similar, el valor de la corriente que deja el punto de unión F debe ser igual al de la corriente entrante; así tenemos:

I1 + I2 = I => 1,67A + 2,5A = I

=>

I = 4,17A en F

La resistencia equivalente de las ramas paralelas, es decir, la resistencia total del circuito RT, puede determinarse fácilmente por el uso de la ley de Ohm, puesto que se conocen la tensión aplicada y la corriente total del circuito. Se reemplazan los valores dados en la ecuación de la ley de Ohm para resistencias, y la resistencia total del circuito será:

RT = V = 100V = 24Ω I 4,17A Podemos cotejar el valor hallado de R T, calculando la resistencia equivalente paralelo, según la fórmula aprendida:

RT = R1 x R2 = 60Ω x 40Ω = 2400Ω = 24Ω R1 + R2 60Ω + 40Ω 100Ω Como podemos observar, ambos valores hallados son idénticos, tanto calculando la R T utilizando la ley de Ohm, como usando la fórmula para hallar la resistencia equivalente paralelo. Éste método de comprobación “no siempre” puede ser usado, sólo podrá utilizarse cuando la configuración del circuito lo permita. De las soluciones precedentes, se pueden obtener las siguientes conclusiones: 1) Carece de importancia la elección de la malla para aplicar la ley de Kirchhoff para tensiones. El único requisito es que esta ley sea aplicada al circuito un número de veces suficiente, como para incluir cada rama en el circuito por lo menos una vez. 2) La ley de Kirchhoff para corrientes debe ser aplicada a un número tal de nodos, que cada corriente sea incluida por lo menos una vez.

Aplicaciones en los circuitos serie-paralelo: En algunos circuitos complejos, las mallas cerradas o circuitos secundarios, pueden no ser tan evidentes; por lo tanto, para aplicar adecuadamente las leyes de Kirchhoff para tensión y corriente en la solución de tales circuitos, debe aplicarse el proceso detallado a continuación para circuitos en serie-paralelo. 66


Horacio García

1) Después de leer cuidadosamente el problema, dibujar un diagrama esquemático del circuito e indicar los valores de todas las magnitudes conocidas (tensión, corriente y resistencia). Poner letras a los nodos del circuito. 2) Indicar la polaridad de cada fuente de tensión. 3) Elegir e indicar un sentido para la corriente en cada porción del circuito y designar luego las corrientes, por separado, en cada rama, con las letras I 1; I 2; I3; etc. 4) Marcar la polaridad de las caídas de tensión en los resistores, colocando un signo negativo (-) en el extremo por el cual entra la corriente al resistor y un signo positivo (+) en el terminal por donde sale. 5) Escribir la ecuación de tensiones, según la ley de Kirchhoff para tensiones, para cada malla del circuito. Recordar que carece de importancia cuál es la malla elegida; el único requisito es aplicar la ley al circuito un número de veces suficiente como para incluir todas las ramas en el circuito, cada una de ellas por lo menos una vez. Para hallar el signo de cada tensión en la malla se procederá así: a) Se comienza en un punto elegido y se recorre la malla en un sentido, escribiendo por turno la expresión de cada tensión o caída de tensión que se encuentre. No interesa el sentido en que se haga. Se sigue trazando en el sentido elegido, mientras el circuito continúe. b) Cuando se recorre desde el terminal negativo (-) hacia el positivo (+) a través de una parte componente del circuito, la caída de tensión lleva signo negativo (-). c) Cuando se traza desde el terminal positivo (+) hacia el negativo (-), a través de una parte del circuito, la caída de tensión lleva signo positivo (+). d) Cuando se traza a través de una fuente de tensión que produce un flujo de corriente en la dirección supuesta, se atribuye a la tensión un signo positivo (+). Si la fuente de tensión produce un flujo de corriente opuesto a la dirección supuesta, se atribuye a la tensión un signo negativo (-). 6) Escríbase la ecuación de la corriente en concordancia con la ley de corriente de Kirchhoff, para cada punto de unión en el circuito. Debe recordarse que esta ley debe se aplicará a un número tal de nodos que se incluya cada valor conocido por lo menos una vez. 7) Un signo negativo que preceda una corriente, indica que la elección de la dirección tomada para el flujo de la misma fue incorrecta. La corriente fluye en dirección contraria. Mediante un proceso sistemático, puede lograrse la solución de los problemas complejos de circuitos insolubles por la ley de Ohm, por el uso de las leyes de Kirchhoff. Aplicaremos ahora el procedimiento para resolver un ejemplo. Tenemos un circuito que contiene dos fuentes de tensión: un generador de corriente continua de 24 volt (V 1) y una batería de 6 volt (V 2), como se ilustra en la siguiente figura:

67


Horacio García

Los valores de resistencia son: R1=4Ω; R2 y R3=6Ω; R4=8Ω y R5=36Ω. El flujo de corriente a través de la fuente de tensión V 1 se llama I1 y el flujo de corriente de la fuente V2 se llama I 2. El flujo por R5 se llama I5. Los sentidos supuestos de estas corrientes son tal cual se indican con las flechas. La corriente I 1 fluye del terminal negativo del generador de corriente continua a través de las resistencias R 1; R 5 y R 4, y nuevamente al terminal positivo. La corriente I 2 fluye del terminal negativo de la batería de 6 volt, a través de las resistencias R2; R5 y R3, y nuevamente al terminal positivo de la batería. Nótese que el flujo de la corriente a través de R 5, es una combinación de las corrientes I1 e I2. Por medio de la aplicación de las leyes de Kirchhoff de corriente y de tensión, y siguiendo el procedimiento sistemático arriba mencionado, se pueden obtener los valores de I1; I2 e I5. La siguiente figura muestra el mismo circuito que el anterior, excepto que ha sido dibujada nuevamente, y los valores de resistencias, sentidos de los flujos de corriente y polaridades de las caídas de tensión, se indican ahora para cada resistencia.

Al aplicar la ley de corriente de Kirchhoff directamente a la figura, los tres valores desconocidos de corriente pueden reducirse a dos valores desconocidos. Y así, I 5 se obtiene de la suma algebraica de I 1 e I2. Se comienza en el punto A y siguiendo un sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de la malla ABCGHIA, se tendrá la siguiente ecuación derivada de la ley de tensión de Kirchhoff:

-I1 x R1 – I5 x R5 – I1 x R4 + V1 = 0 Puesto que el valor de I 5 es igual a la suma algebraica de I 1 e I2, sustituyendo estos valores en la ecuación resulta:

-I1 x R1 – (I1 + I2) x R5 – I1 x R4 + V1 = 0 Nótese que ahora sólo hay dos valores desconocidos de corriente (I 1 e I 2), puesto que I5 ahora se expresa: I 1 + I2. Sustituimos ahora los valores dados de resistencia y tensión, y llevamos la ecuación a su mínima expresión:

-I1 x 4Ω– (I1 + I2) x 36Ω– I1 x 8Ω+24V = 0 Sacamos los paréntesis:

-I1 x 4Ω– I1 x 36Ω– I2 x 36Ω– I1 x 8Ω+24V = 0 Sumamos términos iguales:

-I1 x 48Ω– I2 x 36Ω+24V = 0 68


Horacio García

(Ecuación 1, malla ABCGHIA) Con el mismo procedimiento, se determinará ahora la ecuación de la ley de tensión de Kirchhoff para la malla DCGFD. Se comienza en el punto D, y continuando en el sentido de las agujas del reloj, se tendrá que la ecuación para esta malla será:

-I2 x R2 – I5 x R5 – I2 x R3 + V2 = 0 Reemplazamos I5 por I 1 + I2:

-I2 x R2 – (I1 + I2) x R5 – I2 x R3 + V2 = 0 Sustituimos por los valores indicados:

-I2 x 6Ω - (I1 + I2) x 36Ω – I2 x 6Ω + 6V = 0 Sacamos los paréntesis:

-I2 x 6Ω – I1 x 36Ω – I2 x 36Ω – I2 x 6Ω + 6V = 0 Sumamos términos iguales:

-I1 x 36Ω – I2 x 48Ω + 6V = 0 (Ecuación 2, malla DCGFD) Hemos logrado dos ecuaciones mínimas que representan las dos mallas del circuito:

-I1 x 48Ω – I2 x 36Ω + 24V = 0 -I1 x 36Ω – I2 x 48Ω + 6V = 0

(Ecuación 1) (Ecuación 2)

Ahora bien, si despejamos I1 de la ecuación mínima 1:

-I1 x 48Ω – I2 x 36Ω + 24V = 0 I1 x 48Ω = - I2 x 36Ω + 24V I1 = - I2 x 36Ω + 24V 48Ω

Si reemplazamos el valor de I 1 en la ecuación mínima

-I1 x 36Ω – I2 x 48Ω + 6V = 0 - - I2 x 36Ω + 24V 48Ω

x

36Ω – I2 x 48Ω + 6V = 0

Sacamos los paréntesis:

I2 x 1296Ω2 – 24V x 36Ω – I2 x 48Ω + 6V = 0 48Ω

Resolvemos y sumamos los términos iguales:

I2 x 27Ω – 18V – I2 x 48Ω + 6V = 0 - I2 x 21Ω – 12V = 0 Despejamos I2 para hallar su valor: 69


Horacio García

- I2 = 12 V => I2 = - 0,57A 21Ω Para calcular el valor de I 1, reemplazamos el valor hallado de I 2 en la ecuación mínima 2 o en la 1; tomaremos la ecuación 1:

-I1 x 36Ω – I2 x 48Ω + 6V = 0 -I1 x 36Ω + 0,57A x 48Ω + 6V = 0 Realizamos los cálculos y despejamos I1:

I1 x 36Ω = 27,36V + 6V I1 = 33,36V => I1 = 0,93A 36Ω Anteriormente dijimos que el valor de I 5 resulta de la suma algebraica de I 1 e I2, entonces:

I5=I1+I2=0,93A+(-0,57A)=0,93 – 0,57 => I5 = 0,36A Hemos calculado ya todas las incógnitas del circuito: I 1; I2 e I5. Podemos ahora verificar si los resultados son correctos. Para ello, tomemos cualquiera de las dos ecuaciones de mallas cerradas planteadas anteriormente, por ejemplo, la malla ABCGHIA:

-I1 x R1 – I5 x R5 – I1 x R4 + V1 = 0 Reemplacemos en la Ecuación los valores de corriente hallados: - 0,93A x 4Ω – 0,36A x 36Ω - 0,93A x 8Ω + 24V = 0 - 3,72V – 12,96V - 7,44V + 24V = 0 -24V + 24V = 0 0=0 Como la igualdad se verifica, entonces, los valores de corrientes hallados son los correctos.

POTENCIA ELÉCTRICA Fundamentalmente, la potencia es el ritmo en que se realiza el trabajo. En aplicaciones a circuitos eléctricos, la unidad de potencia es el “watt”. La potencia eléctrica se expresa en términos de volt y amper. Luego, en los circuitos eléctricos, “se consume un watt de potencia cuando pasa un amper entre dos puntos de un circuito que tiene una diferencia de potencial de un volt”. En otras palabras, la potencia consumida es el ritmo de liberación de energía, o gasto de la misma, por un aparato o circuito eléctrico. Expresado en forma de ecuación: P = V x I Donde: P = Potencia en watt V = Tensión en volt I = Intensidad de corriente en amper Puesto que el watt puede ser una unidad muy pequeña o muy grande de potencia, según el aparato que se considere, en los circuitos eléctricos se usan 70


Horacio García

generalmente los múltiplos y submúltiplos del watt. La siguiente tabla muestra las unidades de potencia más usuales:

La fórmula básica para calcular la potencia eléctrica, se dispone matemáticamente para resolver el cálculo de tensión o corriente, en base a la potencia, de acuerdo con las siguientes expresiones:

P = V x I

;

V=P I

;

I=P V

Estas ecuaciones muestran las distintas relaciones entre potencia, tensión y corriente. Cuando se conocen dos de ellas, la tercera se puede determinar rápidamente. Si se observa la ecuación de potencia, se hace evidente que debe conocerse la tensión y la corriente de un circuito antes de calcular la potencia. Un método para determinar la corriente y la tensión de un circuito, es usar el amperímetro y el voltímetro. Sin embargo, como el circuito debe “abrirse” para insertar un amperímetro en serie con la carga y poder medir la corriente del circuito, no siempre es factible utilizar este método para hallar la potencia. La potencia puede expresarse también en términos de resistencia y calcularse sustituyendo las ecuaciones de la ley de Ohm para tensión o corriente en la ecuación básica de la potencia. En consecuencia:

P = V x I

(Ecuación básica de potencia)

Por ley de Ohm sabemos que:

I=V R

Reemplazamos I en la fórmula básica de potencia y resolvemos:

P = V x V = V2 => R R

P = V2 R

De manera similar, se puede tener una ecuación de potencia, usando la relación entre corriente y resistencia. Entonces:

P = V x I

(Ecuación básica de potencia)

Por ley de Ohm sabemos que: V = I x R Reemplazamos V en la fórmula básica de potencia y resolvemos:

P = I x R x I = I2 x R

=>

P = I2 x R

Como consecuencia de la íntima relación entre las cantidades de potencia, tensión, corriente y resistencia, es evidente que cuando se conocen dos cualesquiera de las mismas, pueden determinarse las otras. Por ejemplo: Un resistor consume 20 watt de potencia cuando se conecta a una fuente de 20 volt. Hallar el valor de resistencia en el circuito, y la corriente que fluye por el resistor. 71


Horacio García

La corriente que fluye por el resistor se deduce de la fórmula básica de potencia: P = V x I Despejamos I:

I = P = 20W = 1A V 20V

=> Corriente del resistor

Aplicamos la ley de Ohm para calcular la RT:

RT = V = 20V = 20Ω => Resistencia del circuito I 1A ENERGÍA ELÉCTRICA Puesto que la potencia es el ritmo de producción de trabajo, se deduce que cuanto mayor es el intervalo de tiempo durante el cual la potencia se consume, mayor será la energía total consumida. La cantidad de energía suministrada por una batería u otra fuente de C.C. (corriente continua) a un circuito, en un intervalo de tiempo dado, se llama “energía eléctrica”. Aunque la energía eléctrica se mide generalmente en “watt-hora” (potencia en watt multiplicada por tiempo en horas) y “kilowatt -hora” (potencia en kilowatt multiplicada por tiempo en horas), se pueden utilizar unidades más pequeñas de potencia y tiempo, como el watt-segundo, para medir pequeños valores de energía eléctrica. Para calcular el consumo de energía de un circuito en watt-hora, se utiliza la siguiente ecuación: Wh = V x I x t Donde: Wh = watt-hora V = Tensión aplicada en volt I = Intensidad de corriente en amper t = Intervalo de tiempo de aplicación de tensión en horas Por ejemplo, si una batería de 6 volt suministra una corriente de 50 amper durante 4 horas, la energía producida será:

Wh = V x I x t Wh = 6V x 50A x 4 hs. = 1200 Wh El valor 1200 watt-hora indica que la batería puede producir 1200 watt de potencia durante un período de una hora. Cuando se trabaja con una gran cantidad de energía eléctrica, se utiliza comúnmente el kilowatt-hora en vez del watt-hora. La ecuación utilizada para determinar la energía eléctrica en kilowatt-hora (KWh) es:

KWh = V x I x t 1000 Todos los factores que intervienen en la fórmula, fueron definidos con anterioridad.

72


Horacio García

CAPÍTULO 6 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA CORRIENTE ALTERNA

     

Introducción. Comparación de la corriente continua con la corriente alterna. El magnetismo y su relación con la corriente electromagnética. Magnitud de la tensión inducida. Generación de la corriente alterna. Terminología correspondiente a la corriente alterna.

73


Horacio García

INTRODUCCIÓN Como su nombre lo indica, la corriente alterna es un tipo de corriente eléctrica que fluye primeramente en una dirección, durante un cierto período de tiempo, y luego invierte su dirección y fluye en sentido contrario durante igual período de tiempo. Es distinta a la corriente continua, ya que ésta alcanza su máximo valor en un corto período de tiempo y se mantiene en dicha magnitud mientras el circuito se halle cerrado, en tanto que la corriente alterna cambia constantemente su magnitud. Observemos la gráfica comparativa entre las curvas de corriente continua y corriente alterna.

Se puede ver que la corriente continua partiendo de cero, alcanza un valor máximo casi instantáneamente y se mantiene constante en dicho valor a lo largo del tiempo. En cambio, la corriente alterna se eleva en dirección positiva desde cero hasta su máximo valor, desciende luego a cero y cruza el eje hasta alcanzar el máximo valor en sentido negativo, y vuelve luego a cero. Por esta causa, se define a la corriente alterna (C.A.) como una corriente que varía constantemente de magnitud y cambia periódicamente de dirección. Cuando las máquinas eléctricas se aplicaron en la práctica por primera vez, se pensó que la corriente continua podría aprovecharse más fácilmente que la corriente alterna. Sin embargo, pronto se observó que la corriente continua tenía ciertas desventajas en relación con la corriente alterna, entre otras, que no se podía transmitir a largas distancias porque se experimentaban pérdidas elevadas de energía, disipadas en forma de calor, provocadas por la resistencia de los cables, que se ven limitados por sus diámetros. La corriente alterna, por el contrario, puede transmitirse a grandes distancias sin pérdidas apreciables. La C.A. se transmite con las bien conocidas líneas de alta tensión y larga distancia, con un régimen de alta tensión y una intensidad de corriente relativamente baja. Como la corriente que fluye por los conductores es baja, la pérdida de energía en la transmisión se reduce considerablemente. En el punto de consumo, esta baja intensidad y alta tensión se transforman fácilmente en la corriente y tensión adecuadas a las necesidades del consumo. Este capítulo tiene por finalidad estudiar los principios fundamentales de la corriente alterna. Sin embargo, antes de explicar la generación de la corriente alterna, se hará la comparación gráfica entre las ondas de C.C. y C.A. y también un breve estudio acerca del magnetismo en relación con la inducción electromagnética.

COMPARACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA CON LA CORRIENTE CONTINUA La corriente continua, o C.C., es el flujo o movimiento de electrones por un circuito en una sola dirección, según muestra la siguiente figura:

74


Horacio García

La dirección del flujo de la corriente es, desde el terminal negativo (-) de la batería hasta el terminal positivo (+) de la misma. La corriente alterna, o C.A., es el flujo de electrones que alterna o cambia periódicamente su dirección de manera que el movimiento de electrones que pasan por un punto dado en el circuito fluye primero en una dirección y luego en la otra, según muestra la siguiente figura:

Obsérvese que la corriente fluye durante un período, según indica la flecha, en sentido contrario a las agujas del reloj, y durante otro período, según la flecha punteada, fluye en el sentido de las agujas del reloj. Aunque en ambos ejemplos, para igual período de tiempo, es el mismo número de electrones el que fluye a través del punto de referencia, la corriente fluye en el primer ejemplo en una sola dirección, mientras que alterna su dirección en el segundo. Esta es la causa por la que la primera se llama corriente continua y la segunda, corriente alterna.

Curvas de la corriente continua: La representación gráfica que muestra las variaciones de la tensión o de la corriente en un período de tiempo determinado, se denomina “curva”. Cuando se conecta una carga resistiva a los terminales de una fuente de C.C., y se mide la corriente y la tensión en el circuito a intervalos regulares de tiempo, se encontrará que sus valores permanecen constantes. Estos valores representados en un gráfico dan origen a una “curva” de línea recta. La siguiente figura muestra el circuito y las curvas de un circuito de C.C.

Corriente continua pulsante: Veamos ahora el siguiente circuito:

75


Horacio García

Es un circuito similar al anterior, salvo que se le ha agregado la llave S 1 en serie con la línea. Esta llave tiene el objeto de abrir o cerrar el circuito cuando se desee, permitiendo o no el flujo de la corriente por el mismo. Si se mide la tensión y la corriente cuando se abre y se cierra la llave, y se representan esas mediciones mediante un gráfico, se obtienen las curvas que se indican a continuación:

Estas curvas se denominan curvas de corriente continua pulsante. Específicamente, una corriente continua pulsante representa variaciones en la magnitud de la tensión y de la corriente, sin que sea invertida la dirección del flujo de la corriente. Si se abre y cierra alternativamente S 1, la corriente continua del circuito de C.C. se transforma en una “corriente continua pulsante”. Aunque la corriente continua pulsante aumenta hasta un máximo y disminuye hasta cero, en forma alternativa, no puede considerarse por ello como corriente alterna, pues la dirección de la corriente no se invierte. En todo momento esta corriente fluye en una sola dirección (del terminal negativo al terminal positivo de la batería), cambiando únicamente su magnitud.

C.C. pulsante respecto de un nivel de referencia distinto de cero: La corriente continua pulsante no siempre varía entre cero y un máximo valor positivo. Dicha corriente puede hacerse variar arriba o debajo del eje de referencia cero, y en un valor máximo o mínimo que dependerá de la forma del circuito. La figura que sigue, muestra un ejemplo de corriente continua pulsante que varía desde un nivel de referencia distinto al eje cero.

En el circuito, se puede observar una batería de 5 volt, otra de 10 volt, una llave S1 y un resistor de 10Ω dispuestos de forma tal que pueden obtenerse en el circuito distintos valores de tensión y de corriente, según se pase la llave S 1 a una u otra posición. Las gráficas que representan los valores observados, pueden verse en las siguientes curvas:

76


Horacio García

También puede producirse una corriente continua pulsante desde un nivel inferior a cero, invirtiendo simplemente las polaridades de la fuente de tensión de C.C. En efecto, la corriente continua pulsante puede hacerse variar, en sentido positivo o negativo, con respecto al nivel de referencia, arriba de cero, debajo de cero o sobre el mismo eje cero.

Curvas de corriente alterna: Del análisis de los circuitos anteriores, se dedujo que la corriente fluye por el circuito siempre en la misma dirección; aunque la magnitud varíe, su dirección permanece constante. En el caso de la corriente alterna, cambia tanto la dirección del flujo de la corriente, como su magnitud. Para comprender la generación de la corriente alterna, analizaremos el circuito de la siguiente figura. La disposición fundamental del circuito consiste en dos baterías de 10 volt, una llave S 1 y un resistor de 10Ω. Las partes del circuito se han conectado en forma tal que, por medio de la llave, puede circular la corriente por la resistencia en dos direcciones opuestas.

Cuando la llave S1 está en la posición 1, no hay camino completo para el flujo de la corriente desde cualquiera de las dos baterías y, en consecuencia, no circula corriente por el circuito. Como no circula corriente a través del resistor, tampoco se produce una caída de tensión en el mismo.

Cuando pasamos S1 de la posición 1 a la 2, queda cerrado el circuito y circula corriente. Esta corriente fluye desde el terminal negativo de la batería V 1, a través del amperímetro, el resistor y la llave S 1, hasta el terminal positivo de V 1. Como el flujo de la corriente pasa a través del amperímetro y de la resistencia, el amperímetro indica la dirección de la corriente, y el voltímetro indica la polaridad de la caída de tensión en el resistor. Veamos ahora el siguiente circuito:

77


Horacio García

Obsérvese que para pasar S 1 de la posición 2 a la 3, debe pasar previamente sobre 1. Al pasar momentáneamente por 1, deja el circuito abierto y no hay circulación de corriente. Cuando el contacto llega a la posición 3, el circuito se cierra nuevamente y permite la circulación de corriente. Ahora la corriente fluye desde el terminal negativo de la batería V 2 y, a través de la llave, el resistor y el amperímetro, hasta alcanzar el terminal positivo de V 2. Al comparar la dirección del flujo de la corriente por el resistor, tanto en el circuito anterior como en éste, se verá que la dirección del flujo de la corriente en éste, es opuesta a la del circuito anterior; esto lo indican las desviaciones de los amperímetros. Como se ha invertido la corriente a través del resistor, también estará invertida la polaridad de la caída de tensión en el resistor; esto lo indican las desviaciones de los voltímetros. Suponiendo que no se pierde tiempo al pasar la llave S 1 desde la posición 2 a la 3, resultará que la tensión y la corriente del circuito pasan de +10 volt y +1 amper a -10 volt y -1 amper. Las magnitudes de estas cantidades se determinan por el valor de la fuente de tensión y el valor de la resistencia del circuito. De esta manera, se obtienen las representaciones gráficas que se muestran a continuación:

La línea divisoria de los valores positivos y negativos de tensión y corriente, es el eje horizontal de tiempo, que representa el valor cero de tensión y corriente para cada curva. La parte positiva de la curva de corriente arriba del eje de tiempo, representa el flujo de electrones a través del resistor en dirección positiva, es decir, desde el punto A hacia el B. De igual manera, la parte negativa de la curva debajo del eje del tiempo, representa el flujo de electrones a través del resistor en dirección negativa, es decir, del punto B al punto A. Debido a la variación periódica del flujo de electrones en el circuito, es decir, a su flujo por un punto dado primeramente con una dirección y luego con otra opuesta, la corriente generada en este circuito resulta ser una corriente alterna.

EL MAGNETISMO Y SU RELACIÓN CON LA CORRIENTE ELECTROMAGNÉTICA No se podría generar una corriente alterna sin basarse en algunos principios del magnetismo. Entre los hechos probados experimentalmente y de mayor importancia para la producción de la corriente alterna, se encuentran: la existencia de una fuerza invisible entre los polos de un imán, y la inducción de corriente en un conductor por efecto de dicha fuerza. Estos dos factores constituyen la base de lo que se llama comúnmente “inducción electromagnética”. 78


Horacio García

Se produce inducción electromagnética, cuando las líneas de fuerza atraviesan o cortan las espiras de una bobina de alambre generando una corriente eléctrica. Cuando el campo magnético atraviesa la bobina en una dirección dada, el flujo de corriente también tiene una dirección determinada; e igualmente, cuando se invierte la dirección del campo magnético, también se invierte la dirección del flujo de la corriente. Para producir el flujo de corriente no es imprescindible que el campo magnético atraviese la bobina de alambre; dicho campo puede permanecer estacionario mientras se hace mover la bobina atravesando las líneas de fuerza magnéticas. La dirección del flujo de la corriente dependerá de la dirección en que la bobina de alambre atraviesa las líneas de fuerza magnéticas. La tensión inducida en una bobina por la inducción electromagnética se denomina “tensión inducida”, y el flujo de corriente originado en la tensión inducida recibe el nombre de “corriente inducida”.

MAGNITUD DE LA TENSIÓN INDUCIDA La tensión inducida por inducción electromagnética depende de cuatro factores: el número de vueltas de la bobina; la intensidad del campo magnético; la velocidad del movimiento relativo de la bobina con respecto al campo magnético, y del seno del ángulo bajo el cual la bobina corta el campo magnético. La magnitud de la tensión inducida es proporcional al número de líneas de fuerza magnética que corta la bobina en una unidad de tiempo dada. Generalmente, la unidad utilizada es el segundo. Para que se comprenda mejor, se estudiará a continuación, el movimiento de un conductor único que corta un campo magnético.

La figura muestra al conductor moviéndose hacia arriba, en dirección vertical, atravesando el campo magnético existente entre los polos norte y sur de un imán en herradura. La zona sombreada debajo del conductor señala el área que corta el mismo en una unidad de tiempo dada (un segundo), mientras atraviesa el campo. Debe notarse que el área sombreada forma un ángulo recto con la dirección de las líneas de flujo del campo. La magnitud de la tensión inducida en el conductor se calcula de la siguiente forma: Primero se determina en centímetros cuadrados el área que corta el conductor formando ángulo recto con las líneas de flujo. Ello se obtiene multiplicando la longitud del conductor por la distancia recorrida, o sea:

A=l

x d

Donde: A = Área en centímetros cuadrados, en ángulo recto con las líneas de flujo que corta el conductor. l = Longitud en centímetros del conductor en el campo magnético. d = Distancia en centímetros recorrida por el conductor. Luego se determina el número total de líneas de flujo que atraviesan el área. Este total es igual al área en centímetros cuadrados, multiplicada por el número de líneas por centímetros cuadrados (o densidad de flujo), o sea: 79


φ=A

x

Horacio García

B

Donde: φ = Flujo magnético, o número total de líneas de flujo cortadas por el conductor. A = Ya definida anteriormente. B = Inducción magnética en líneas por centímetro cuadrado. Para calcular la tensión inducida en el conductor, se sustituyen los valores conocidos en la fórmula de tensión inducida, y se resuelve (e) de la siguiente manera: e=φ

x

V x 10-8

Donde: e = Tensión inducida en volt. φ = Flujo magnético. V = Velocidad de la bobina en centímetros por segundo 10-8 = Constante que expresa la tensión inducida en unidades prácticas. Estos cálculos se aplican cuando el conductor se mueve en una dirección vertical o en ángulo recto con el campo magnético. En el caso que el movimiento del conductor sea en dirección horizontal, es decir, paralelo a las líneas de fuerza del campo, resulta claro que dicho conductor no puede inducir ninguna tensión, pues su movimiento horizontal no corta ninguna línea de fuerza. Se examinará a continuación, el caso de un conductor que se mueve en una dirección que no es paralela ni perpendicular al campo magnético, para lo cual se emplean los mismos valores de inducción magnética, longitud y velocidad del conductor.

En la figura se tiene un conductor que se mueve en un campo magnético formando un ángulo de 30º con respecto a dicho campo. Como el movimiento ascendente del conductor forma un ángulo de 30º con el plano de las líneas de flujo, su movimiento vertical con respecto al plano del campo resulta menor que cuando forma ángulo recto con el mismo. La superficie sombreada AEFB representa el área que corta el conductor formando ángulo recto con las líneas de flujo. Si se compara esta parte sombreada con la que muestra la figura anterior, se ve claramente que el movimiento del conductor en esta figura, corta menos líneas de fuerza. Para determinar la tensión inducida en el conductor, es necesario calcular primero el área de AEFB en centímetros cuadrados. En la figura podemos ver que se ha formado un triángulo rectángulo, cuyo lado (CA) lo constituye el movimiento del conductor; el lado o cateto (AB) representa el recorrido vertical del mismo, y el cateto (CB), el plano horizontal del campo magnético. Como la velocidad del conductor es conocida, se puede determinar fácilmente el valor de (CA), que es la hipotenusa del triángulo rectángulo. El ángulo también es un factor conocido y se le denomina ángulo θ (letra griega “theta”). En este caso θ tiene 30º. El factor desconocido, o recorrido vertical que forma el cateto (AB), se determina simplemente por trigonometría. Por ser el cateto opuesto al ángulo θ del triángulo rectángulo, se aplica la siguiente función trigonométrica: 80


Horacio García

sen θ = cateto opuesto = (AB)

hipotenusa

(CA)

El seno del ángulo de 30º se determina utilizando la tabla de funciones trigonométricas. Mediante otras multiplicaciones se obtiene la dimensión de (AB), y luego se puede determinar el área total AEFB. Una vez determinada el área, se calcula el número total de líneas de flujo que atraviesa el área, multiplicando la inducción magnética (B) por el área que atraviesan las líneas de flujo. Por último, el reemplazo de los valores anteriores en la fórmula de la tensión inducida, permite obtener el valor de la tensión. Como la magnitud de la tensión inducida en un conductor depende de su velocidad y de la intensidad del campo magnético que atraviesa, se pueden establecer las siguientes conclusiones: 1) La tensión inducida en un conductor es máxima cuando el mismo corta el campo magnético en ángulo recto. 2) La tensión inducida en un conductor es cero cuando el mismo se mueve paralelamente al campo magnético. 3) La tensión inducida es un valor comprendido entre el máximo y el cero cuando el conductor atraviesa el campo magnético con un ángulo distinto al de 90º ó 0º. En este caso, la tensión inducida depende del seno del ángulo formado por la dirección del movimiento del conductor y el plano del campo magnético. También debe tenerse presente que la tensión inducida es directamente proporcional a la intensidad del campo magnético, velocidad a la que la bobina (o conductor) corta dicho campo, y a la longitud del conductor o número de vueltas de la bobina.

Polaridad de la tensión inducida: La polaridad de la tensión inducida depende de la dirección del movimiento de la bobina a través del campo magnético. Para determinar la dirección de la tensión inducida se aplica una regla denominada “regla de la mano izquierda para generadores”, la qu e establece lo siguiente: colocados perpendicularmente entre sí los dedos pulgar, índice y mayor de la mano izquierda, se apunta con el índice en la dirección del campo magnético y con el pulgar en dirección al movimiento del conductor; el dedo mayor quedará indicando entonces la dirección de la corriente inducida resultante.

En la figura anterior se tiene una aplicación de la regla de la mano izquierda para generadores. En este ejemplo, el conductor atraviesa el campo magnético en dirección ascendente. Si se apunta en esta dirección con el pulgar de la mano izquierda, y con el índice se señala la dirección del campo magnético, el dedo mayor indicará la dirección de la corriente inducida resultante. Esta dirección es hacia afuera del conductor como lo indica el símbolo del círculo con el punto central (punta de flecha), es decir hacia fuera de la página. La polaridad de la tensión inducida en el conductor es la que se indica en la figura. Debe notarse que la dirección del flujo de corriente inducida en el conductor es de positivo (+) a negativo (-); lo que concuerda perfectamente con los conceptos que se aprendieron primero sobre el flujo de la corriente desde el positivo al negativo, “dentro” de la fuente de tensión.

81


Horacio García

Como puede verse en la siguiente figura, cuando el conductor se mueve hacia abajo a través del campo magnético, se invierten, a la vez, la dirección de la corriente inducida y la polaridad de la tensión inducida.

La regla de la mano izquierda para generadores indica, en este ejemplo, que la dirección de la corriente inducida es hacia adentro del conductor como lo indica el símbolo del círculo con la cruz (cola de flecha), es decir hacia adentro de la página. Si se comparan las dos últimas figuras, se encontrará que las tensiones inducidas de las dos figuras tienen polaridad opuesta. Consideremos ahora el caso de una espira de alambre que se mueve a través de un campo magnético. Cuando la espira gira en dirección contraria a las agujas del reloj, su lado AB atraviesa el campo magnético hacia abajo, mientras que su lado CD lo hace hacia arriba. Al aplicar la regla de la mano izquierda para generadores al lado AB de la espira, resultará que la dirección de la corriente inducida en este lado es hacia adentro del alambre, como lo indica el símbolo (cola de flecha). Debido a que el lado CD atraviesa el campo hacia arriba, la dirección de la corriente inducida es hacia afuera del alambre, según lo indica el símbolo (punta de flecha). Como ya lo muestra la figura, las tensiones inducidas en ambos lados de la bobina tienen polaridad opuesta; sin embargo, desde que están conectados en serie complementaria por el lado posterior de la espira (lado BC), la tensión resultante inducida en la bobina será igual a la suma de las tensiones inducidas en cada lado. La figura que grafica la explicación anterior es la siguiente:

Supongamos ahora que se ha invertido la dirección de rotación de la bobina, es decir, que ahora la bobina gira en el sentido de las agujas del reloj. En este caso, el lado AB de la espira atraviesa el campo magnético hacia arriba, y el lado CD lo atraviesa hacia abajo. La aplicación de la regla de la mano izquierda para generadores a cada uno de los lados, también revela que están igualmente invertidas la tensión inducida y la corriente inducida resultante. La siguiente figura representa un corte transversal, con la dirección de la tensión inducida para diversas posiciones del conductor en un campo magnético.

82


Horacio García

Por lo tanto, puede establecerse que la dirección de la rotación de una espira de alambre en un campo magnético, determina la polaridad de la tensión inducida y la dirección de la corriente inducida en la espira. La dirección de la rotación no afecta la magnitud de la tensión inducida, pero sí la afecta el ángulo en que la espira corta el campo. Si se comprenden bien estos conceptos, ayudarán a entender el funcionamiento de un generador simple de C.A.

GENERACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA Generar una corriente alterna subiendo o bajando una espira en un campo magnético, o introduciendo y sacando un imán en una bobina, resultaría muy poco práctico. Sin embargo, se puede producir una corriente alterna haciendo girar una bobina dentro de un campo magnético estacionario, y esta rotación uniforme y continua de la bobina a través del campo es inobjetable desde el punto de vista mecánico. Generadores simples de corriente alterna bipolar: Las máquinas que se emplean para generar tensiones de corriente alterna se denominan generadores de C.A. o alternadores. En la siguiente figura puede apreciarse un generador simple bipolar.

Los polos norte y sur del imán permanente suministran un campo magnético de inducción magnética uniforme. La dirección del campo magnético entre los polos es siempre de norte a sur. La espira formada por los lados X e Y gira dentro del campo magnético, y sus extremos están conectados a los anillos colectores, que permiten girar a la espira mientras la mantienen conectada a un circuito eléctrico externo. El circuito eléctrico externo es el resistor de carga R, conectado a los anillos colectores por medio de los contactos deslizantes denominados escobillas. Cuando la espira gira a velocidad constante, en ella se induce tensión por efecto de la inducción electromagnética. La magnitud de la tensión inducida en cada lado de la espira dependerá del número de líneas de flujo que corta en una unidad de tiempo dada. La tensión inducida en un lado de la bobina, es siempre igual a la del otro lado, pero de polaridad opuesta. Como ambos lados de la bobina están conectados en serie complementaria por el lado posterior de la espira, la tensión generada es el doble de la inducida en un solo lado. Una vuelta completa de la espira dentro del campo, produce un ciclo de tensión, es decir, que a medida que gira la espira se está generando una tensión desde cero hasta un máximo, ésta cae después a cero, alcanza el máximo en dirección opuesta y cae nuevamente a cero al término de la rotación. Dicho ciclo de tensión de C.A. se representa generalmente con una “sinusoide”, pues uno de los factores que afectan la magnitud de la tensión, es el seno del ángulo formado entre la dirección del movimiento del lado de la espira y el campo magnético. Es importante comprender que la magnitud de la tensión inducida es proporcional al “seno del ángulo”, y no pr oporcional al ángulo mismo. 83


Horacio García

Para aplicaciones prácticas, los generadores de C.A. tienen generalmente más de un par de polos magnéticos, y también una bobina de más de una espira o vuelta. Sin embargo, todo generador posee los siguientes elementos fundamentales de construcción y diseño: 1) Un elemento para asegurar un campo de inducción magnética uniforme. 2) Una bobina que gira dentro del campo magnético. 3) Anillos colectores que mantienen la bobina conectada a una carga externa mientras está girando. 4) Escobillas para conectar los anillos colectores con la carga externa.

Generación de una onda sinusoidal: En las figuras que siguen a este párrafo, se puede apreciar la forma en que se genera la tensión de C.A. El generador de C.A. que se utiliza en este método es igual al tipo considerado en los párrafos anteriores, aunque para simplificar el diagrama se han eliminado las líneas de fuerza del campo magnético. La curva correspondiente a cada parte del diagrama, muestra la forma de representar, en función del tiempo, a la tensión generada para obtener una curva sinusoidal. Como la tensión generada en la bobina es el doble de la tensión inducida en un lado de la misma, sólo resta analizar cómo cambia la tensión de un lado de la bobina en función del tiempo. Para este análisis se tomará el lado X de la bobina. Las figuras siguientes presentan 9 posiciones de la bobina, separadas por ángulos de 45º alrededor del eje de giro. Supóngase que se hace girar la bobina a velocidad constante en el sentido de las agujas del reloj. La tensión inducida en este instante en la bobina es cero, puesto que los lados de la bobina no cortan líneas de fuerza sino que son paralelos a las mismas. Por esta causa, la gráfica correspondiente de la figura queda en blanco, puesto que no hay tensión inducida en ese tiempo. También debe notarse que no se produce flujo de corriente a través del resistor de carga. Esta primera revolución se inicia en la posición que indica la siguiente figura:

A medida que la bobina avanza en el sentido de las agujas del reloj, el lado X comienza a cortar las líneas de fuerza del campo magnético, y cuanto mayor es el ángulo de corte, mayor es la proporción de líneas de fuerza que corta la bobina. Por esta causa, la tensión inducida en la bobina continúa aumentando en magnitud. Cuando la bobina alcanza la posición “b”, el lado X corta las líneas de fuerza con un ángulo de 45º. La tensión inducida en la bobina para este ángulo es la correspondiente a la siguiente figura:

Cuando la bobina avanza hacia la posición “c” , o de 90º, el lado X atraviesa perpendicularmente las líneas de fuerza. El corte de líneas de fuerza por el lado X alcanza entonces la máxima proporción, y también la magnitud de la tensión inducida en la bobina es máxima, según puede apreciarse en la figura que sigue: 84


Horacio García

Ahora el lado de la bobina pasa el punto “c”, y prosigue su avance hacia la posición “d”, y de esta forma, disminuye el ángulo con que el lado X corta las líneas de fuerza. Debido a esta disminución del ángulo de corte también disminuye la tensión inducida en la bobina. Cuando la bobina alcanza la posición “d”, a 135º de su rotación, su lado X corta las líneas de flujo en el mismo ángulo que en la posición “b”. Por ello, la magnitud de la tensión inducida es igual en ambos casos. Esto se aprecia claramente comparando ambas figuras:

A medida que prosigue la rotación de la bobina hacia la posición “e”, disminuye aún más la relación en que su lado X corta al campo magnético. Por último, cuando los lados de la bobina quedan paralelos a las líneas de fuerza, como en la posición de 180º (figura siguiente), posición “e”, la tensión cae nuevamente a cero. En este punto la bobina ha completado una media vuelta o revolución.

Durante la primera mitad de la revolución, a medida que el lado X de la bobina atravesaba el campo magnético hacia abajo, la regla de la mano izquierda para generadores indicaba que la dirección de la corriente en el lado X, era hacia el lado posterior de la bobina. Inversamente, aplicando esta misma regla al lado Y, muestra que la dirección de la corriente en este lado es hacia los anillos colectores. Como ambos lados de la bobina están conectados en serie complementaria, la corriente fluye desde el lado Y de la bobina hacia el resistor de carga, a través de ésta en la dirección indicada por la flecha, y retorna a la bobina por el lado X. debido a que en el circuito externo conectado a la fuente, la corriente fluye del positivo al negativo, el terminal cargado del lado Y de la bobina debe ser negativo, y el terminal del lado X, positivo. En la bobina giratoria del generador, como en otras fuentes de tensión, la corriente fluye desde el terminal positivo al terminal negativo de la bobina. A medida que gira la bobina en la mitad siguiente de la revolución, entre 180º y 360º, el lado X pasa de la posición “e” a la posición “i”. Estas posiciones corresponden a las de la bobina en la primera mitad de la revolución, desde “a” a la posición “e”, pues, al igual que en dicha primera mitad, el lado X corta las líneas de fuerza en una relación idéntica, y la magnitud de la tensión inducida varía de igual manera en ambos casos. Sin embargo, ahora el lado X atraviesa el campo hacia arriba, y, 85


Horacio García

aunque la magnitud de la tensión inducida varía de cero al máximo y cae nuevamente a cero en forma idéntica a la primera revolución, ahora la polaridad de la tensión resulta invertida.

En las figuras anteriores pueden verse las curvas obtenidas en la segunda mitad de la revolución. Las curvas indican claramente que la tensión generada en la segunda mitad de la revolución, es de igual magnitud que la de la primera, pero de polaridad opuesta.

Relación entre grados eléctricos y grados mecánicos: La curva sinusoidal obtenida con un generador simple de C.A., correspondiente a la revolución completa de su espira, constituye un ciclo de corriente alterna. Como la estructura fundamental de todo generador es idéntica al generador simple de C.A., resulta muy importante la relación entre el movimiento mecánico de su bobina y la tensión generada.

86


Horacio García

Esta figura muestra la relación entre los grados mecánicos (ángulo de rotación de la bobina) y los grados eléctricos. En la parte central de la figura se ve en sección transversal, la rotación mecánica de la bobina en grados mecánicos para cada una de las posiciones. La curva sinusoidal representa la tensión generada durante una revolución completa de la bobina. Cuando la bobina completa una revolución, cada lado de la bobina sigue una trayectoria que sigue un círculo completo. Este recorrido, que es la circunferencia del círculo, tiene 360 divisiones iguales o grados. La posición de la bobina en cualquier punto de su revolución, se determina midiendo en grados dicho punto de la circunferencia. En este caso, el eje horizontal o eje de tiempo, ha sido marcado en grados o unidades de rotación, en lugar de marcarse en segundos. Por ejemplo, la posición “a”, del lado X de la bobina, representa cero grados de rotación. Cuando la bobina gira a la posición “b”, ha recorrido la octava parte de los 360º, o sea, 45º. En la posición “c”, el lado X de la bobina ha avanzado la cuarta parte de la revolución, o sea 90º. En las posiciones “d” y “e”, el lado de la bobina ha girado, respectivamente, 135º y 180º. En esta posición “e”, la bobina ha completado su primera mitad de revolución mecánica. El lado de la bobina continúa girando y alcanza las posiciones “f” (225º), “g” (270º) y “h” (315º), hasta completar en la posición “i” (360º), la segunda mitad de la revolución. Al terminar una revolución completa, cuando vuelve a su posición original el lado X ha recorrido los 360º de una rotación. Observemos nuevamente la curva sinusoidal de la figura. El eje horizontal de dicha curva representa el tiempo, y un ciclo completo corresponde al tiempo empleado para una rotación de la bobina. El ciclo de una corriente alterna se divide en 360 grados eléctricos. En esta bobina de una sola vuelta de un generador bipolar de C.A., la rotación que efectúa a través de los 360 grados mecánicos (una rotación mecánica), genera una tensión que varía a través de 360 grados eléctricos (un ciclo eléctrico). Por lo tanto, para este caso, el eje horizontal de tiempo indica el hecho de que un grado eléctrico representa el mismo intervalo de tiempo que un grado mecánico. El eje vertical sobre una curva sinusoidal es la medida del seno del ángulo de la rotación de la bobina. Como la tensión generada es proporcional al seno del ángulo, el eje vertical puede dividirse directamente en unidades de tensión. En la misma figura puede apreciarse la amplitud relativa y la polaridad de la tensión de C.A. para las diversas posiciones de la bobina.

TERMINOLOGÍA CORRESPONDIENTE A LA TENSIÓN ALTERNA Cuando se consideran las curvas de corriente alterna o cuando se examinan sus circuitos, se emplean con frecuencia una serie de términos especiales, que se representan en la siguiente figura:

Ciclo: Cuando la bobina de un generador completa una revolución, se dice que ha completado un “ciclo”. El ciclo de una curva de tensión sinusoidal se compone de un recorrido positivo completo y uno negativo completo, de los 360 grados eléctricos. El recorrido positivo del ciclo se realiza cuando se genera la tensión desde cero hasta su máximo valor positivo, para caer nuevamente a cero. El recorrido negativo se realiza desde que comienza a generarse la tensión en cero hasta el máximo valor negativo, que completa al caer nuevamente a cero.

87


Horacio García

Alternancia: Se define a “alternancia” como la mitad de un ciclo. La parte de la sinusoide arriba del eje horizontal de tiempo, se denomina “alternancia positiva” o “semiciclo positivo”. Inversamente, la parte de la sinusoide debajo del eje de tiempo recibe el nombre de “alternancia negativa” o “semiciclo negativo”. Los términos positivo o negativo corresponden a la dirección de la tensión inducida con respecto al eje horizontal de tiempo. La alternancia negativa de tensión está en dirección opuesta a la alternancia positiva, lo que ocurre un semiciclo de tiempo más tarde. Debe recordarse que la polaridad de la tensión inducida para cada posición de la bobina, se ha obtenido aplicando la regla de la mano izquierda para generadores; de manera que la primera alternancia de una curva sinusoidal es positiva o negativa, según que la bobina gire en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Frecuencia: Se denomina “frecuencia” de la corriente sinusoidal, al número de ciclos completos de ondas sinusoidales generadas por segundo. Por ejemplo, cuando la bobina de espira única gira entre los dos polos del campo a un régimen de una vuelta por segundo, se genera una tensión de corriente alterna de un ciclo por segundo. Si la bobina gira a una velocidad de 50 revoluciones por segundo, también es generada una tensión de corriente alterna de 50 ciclos por segundo. De esta manera, puede calcularse la frecuencia de un generador de C.A. si se conoce la velocidad de rotación y el número de pares de polos. La fórmula que se utiliza para calcular la frecuencia es: f=Px N 60 Donde: f = Frecuencia de la tensión de C.A. en ciclos por segundo. P = Número de pares de polos del generador. N = Revoluciones por “minuto” de la bobina en el campo. 60 = Constante: Cantidad de segundos en un minuto. A modo de ejemplo, se calculará a continuación, la frecuencia de un generador simple de C.A., cuya bobina gira a 60 revoluciones por segundo. Obsérvese que la velocidad de rotación está dada en revoluciones por segundo, por lo tanto, como la velocidad de rotación en la fórmula está expresada en “revoluciones por minuto” (N), corresponde multiplicar esta velocidad en segundos por 60 para obtener este valor en revoluciones por minuto. Se calcula entonces, la frecuencia como sigue:

f = P x N = 1 x (60 x 60) = 3600 => 60 60 60 f = 60 ciclos por segundo Del ejemplo anterior puede deducirse que la frecuencia (f) de un generador de C.A., depende directamente de la velocidad de rotación de la bobina y del número de polos magnéticos del generador.

Espectro de frecuencias: La frecuencia de las tensiones de C.A. utilizables en aplicaciones electrónicas, varía desde unos pocos ciclos por segundo hasta muchos millones de ciclos por segundo. A esta gama de frecuencias se la denomina “espectro de frecuencias”. La energía eléctrica en sus diversas frecuencias de espectro tiene variadas aplicaciones, por ejemplo, la electricidad que se estudia en este curso, es decir, la que alimenta las lámparas, los motores y otros aparatos del hogar, se recibe en la llamada “frecuencia de línea”. En la Argentina y otros países, esta frecuencia es de 50 ciclos por segundo, y en los Estados Unidos o en Brasil, se emplea generalmente una frecuencia de 60 ciclos por segundo. Período: El tiempo necesario para generar un ciclo de una onda sinusoidal de C.A., se denomina “período” de la onda sinusoidal. El per íodo se mide en segundos o en fracciones de segundo y se designa con la letra (T). Para una frecuencia de 60 ciclos 88


Horacio García

por segundo, cada uno de los ciclos se genera en 1/60 segundos, es decir, el período de una onda sinusoidal es 1/60 de segundo. En otros términos, el período de una onda sinusoidal es igual a la recíproca de la frecuencia (1/f). El período de cualquier onda sinusoidal puede calcularse utilizando la fórmula:

T=1 F Donde: T = Período de la onda en segundos. f = Frecuencia de la onda en ciclos por segundo.

89


Horacio García

APUNTES SOBRE TECNOLOGÍA

90


Horacio García

CAPÍTULO 1 HERRAMIENTAS EMPLEADAS POR EL ELECTRICISTA

 

 

Introducción. Clasificación de las herramientas. Descripción de las herramientas. Pinzas: universal, de punta redonda, de punta plana, para terminales, pelacables, de corte oblicuo (alicate). Destornilladores: paleta, philips, buscapolo. Cintas: pasacable y aisladora. Herramientas auxiliares: Sierras, limas, mazas y cortafríos, martillos, taladros eléctricos y mechas de widia, cinta métrica, nivel, pinza “pico de loro”, llave ajustable, cutter. Manejo correcto de las herramientas. Deficiencias típicas y prevenciones. Seguridad en el uso de las herramientas. Peligros, causas y medidas preventivas en el manejo de las herramientas manuales ordinarias. Peligros, causas y medidas preventivas en el manejo de las herramientas portátiles eléctricas o mecánicas.

91


Horacio García

INTRODUCCIÓN Todo electricista, instalador o montador, ha de disponer de una serie de herramientas, sea para las ejercitaciones o trabajos que realiza en el taller, o para efectuar instalaciones, reparaciones o montajes fuera de dicho recinto. Las herramientas que el electricista emplea en el taller, deberán mantenerse ordenadas y siempre en buen estado de conservación; cuando el trabajo es afuera, conviene ordenarlas en una caja o bolsa de herramientas, tal como indican las figuras:

CLASIFICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS Manuales ordinarias: De golpe. De torsión. De corte. Portátiles eléctricas o mecánicas: Eléctricas. Neumáticas. Hidráulicas. A combustión.   

   

DESCRIPCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS Las herramientas manuales son unos utensilios de trabajo, utilizados generalmente de forma individual, que únicamente requieren para su accionamiento la fuerza motriz humana; su utilización en una infinidad de actividades laborales le da una gran importancia. PINZAS Las partes que componen una pinza son las que se muestran en la siguiente figura:

92


Horacio García

Pinza universal: Se emplean para sujetar piezas; doblar o cortar hilos y/o alambres, etc. No se deben usar para cortar alambres acerados, ni tampoco para apretar tuercas y/o tornillos.

Se puede ver que en su extremo superior es plana y presenta en el interior de sus puntas una serie de “dientes” que permiten sujetar con firmeza los objetos que se toman con la herramienta. Por debajo de los extremos, se encuentra la zona de corte y, finalmente, el mango, en este caso de color rojo.

Pinza de punta redonda: Estas herramientas se utilizan para doblar cables, hacer ojales, sostener un objeto en ranuras profundas, etc. Son más delicadas que las anteriores, por lo cual no se debe hacer mucha fuerza con sus puntas, para no correr el riesgo de romperlas.

Vemos los extremos perfectamente redondos, dibujados a la izquierda de la figura; esto permite realizar trabajos específicos tales como empalmes de tipo ojal o para doblar los cables a 90° en la preparación del cableado de un tablero. Algunos modelos de estas herramientas poseen, además, una zona de corte para darle un par de utilidades más a la pinza.

Pinza de punta plana: Estas pinzas se utilizan para sostener objetos delicados, para sostener cables con tensión, para “peinar” los cables recién pelados, para realizar empalmes, para sostener la tuerca mientras se aprieta el tornillo, etc. De la misma manera que la anterior, no son pinzas de fuerza, por lo que se recomienda utilizarla con cuidado.

Se puede ver, a diferencia de la anterior que la terminación de sus puntas son planas y no redondas; además, en su parte interna, las puntas poseen “dientes” que no sólo impiden que los elementos que tomamos se resbalen cuando se ejerce presión, sino que también dicho “dientes” son utilizados para “peinar” los filamentos una vez pelado el cable. Por último, se ve en la zona central de la herramienta un fleje en “V” que sirve para que las patas del mango tiendan a permanecer abiertas, facilitando el trabajo manual del electricista.

Pinza para identar terminales: Estas herramientas son muy útiles a la hora de realizar trabajos eléctricos en tableros o en caja estancas, ya que los elementos que se utilizan 93


Horacio García

requieren la colocación de terminales en los extremos de los cables. Estas pinzas ofrecen, además, la posibilidad de cortar y pelar cables de diferentes diámetros.

Se observa, en el extremo de la pinza, tres puntos de colores: rojo, azul y amarillo; estos colores corresponden a los tipos de terminales que se desea identar; en la zona central de la misma se ven los orificios correspondientes para pelar cables según el diámetro que se desea y, por último, donde se ven las flechas es la zona de corte.

Pinza pelacables: Estas pinzas cumplen sólo la función de pelar cables; son muy útiles cuando la instalación a realizar demanda la colocación de muchos elementos. Se observa que sólo posee los orificios para pelar los cables, con la inscripción del diámetro según el tipo de cable y una zona de corte al final de los orificios.

Pinza de corte oblicuo (Alicate): Estas pinzas son, sin dudas, una de las herramientas más utilizadas por los electricistas a pesar de que cumple sólo con dos funciones: cortar y pelar cables. No obstante su uso es tan frecuente que existen en el mercado decenas de modelos diferentes de alicates, según su uso; en nuestro caso nos detendremos en la utilidad que le presta al electricista.

Vemos que sólo posee una zona de corte. Se le llama de corte oblicuo, porque la zona de corte no está paralela al mango, sino que se observa una leve inclinación hacia arriba, lo que permite trabajar más cómodamente al usuario.

DESTORNILLADORES Estas son otras de las herramientas más utilizadas por el electricista. Son utilizadas para atornillar o desatornillar los tornillos que sujetan los elementos a las cajas, o los cables a los elementos, etc. Destornillador paleta:

Destornillador paleta

94


Horacio García

Consta de tres partes bien definidas (de izquierda a derecha en la figura): punta o extremo (gris oscuro), cuello o espárrago (gris claro) y, por último el mango. Los hay de diferentes modelos y tamaños según sea su uso y según sea el tipo de tornillo. Según el tipo de tornillo, las variaciones que veremos serán, en el extremo: tipo paleta (plano), tipo Philips (en cruz), tipo estrella, tipo allen, etc.; en el longitud del cuello: más corto o más largo; en la sección del cuello: más fino o más grueso.

Destornillador Philips: Destornillador Philips

Destornillador Buscapolo: Este tipo de destornillador tiene una función agregada: detectar la línea de fase en un circuito eléctrico.

Puede verse que el mango es transparente, esto se debe porque en la parte interna hay una lámpara de neón que se enciende al tocar con la punta el cable de fase. De esta manera podemos diferenciar el neutro de la fase en aquellas instalaciones en donde no se han respetado los colores de cables correspondientes según normas IRAM. Vemos también, en el extremo opuesto a la punta, una zona amarilla, es imprescindible que el electricista coloque el dedo en dicha zona para que la lámpara encienda, ya que la luz se enciende por diferencia de potencial entre la fase (220 Volts) y el dedo del operario (0 Volts). Por último, y como un detalle de seguridad, se observa que el cuello está aislado para protección del operario y del circuito.

CINTAS Cinta pasacables: Esta cinta es utilizada para pasar los cables por las cañerías. Las hay de PVC y de acero; sus longitudes pueden variar de acuerdo a las necesidades del operario y de la instalación a realizar.

En el caso de la figura, se trata de una cinta de PVC de 20 metros de largo. Podemos ver que sus extremos son diferentes, esto se debe a que cada uno cumple una función diferente. El extremo con la zona metálica más larga es el que se introduce dentro del caño y, gracias al resorte que posee (parte metálica color gris), puede tomar con facilidad las curvas que le propone la instalación. El otro extremo (zona metálica más corta), es un ojal por donde se pasan los extremos pelados de los cables que se desean conectar. Por una cuestión de materiales, es de mejor calidad y durabilidad la cinta de acero, no obstante su costo, comparado con el de la cinta de PVC, hace que su uso sea limitado.

Cinta aisladora: Si bien no se trata de una herramienta, sino de un insumo, este elemento es imprescindible para el operario electricista, ya que con él puede aislar

95


Horacio García

empalmes, cables pelados o cualquier parte del circuito en donde el material conductor quede expuesto y signifique un riesgo de cortocircuito.

Como puede verse en la figura, la cinta aisladora se trata de una banda de PVC engomada en uno de sus lados para lograr adherencia. Las hay de diferentes modelos según su color y su longitud.

HERRAMIENTAS AUXILIARES Sierra: La sierra es utilizada por el operario para cortar caños cuando está preparando la canalización.

Se puede ver que consta de un mango (negro), un arco de sujeción (gris) y una lámina de corte u hoja de corte (negro). La tuerca mariposa que se observa debajo del mango, se utiliza para regular la tensión de la hoja de corte o su recambio. En este tipo de herramienta lo único que varía sustancialmente es la hoja de corte, ésta puede ser para acero rápido (de color rojo) o para hierro común (de color azul). Existe otro tipo de sierra, denominada “mini sierra” que, como su nombre lo indica, es más pequeña pero conserva todas las partes de la sierra común: mango, arco y hoja de corte.

Limas: Específicamente, estas herramientas son útiles al momento de suavizar los bordes filosos o las rebabas de los caños recién cortados.

En la figura se muestra los diferentes tipos de limas que podemos encontrar en el mercado, según el uso, es decir, la forma de la superficie que se desea limar; de derecha a izquierda se ven: lima plana, media caña, cóncava, redonda, cuadrada y triangular. Las partes que componen una lima se puede ver en la siguiente figura:

96


Horacio García

Mazas y cortafríos: Cuando se necesita realizar una canalización empotrada, es decir, dentro de la pared, se utilizan la maza y el cortafrío para producir la canaleta por donde irá el caño, luego cementado. Asimismo, se utilizan para realizar los huecos en donde se colocarán las cajas redondas o rectangulares de la instalación. Como se puede ver en la siguiente figura, hay distintos tipos de mazas, no obstante todas constan de un mango de madera y el elemento de choque metálico. Este elemento es el que varía en peso de acuerdo al uso que se le dará a la maza.

El cortafrío es el elemento complementario en la tarea de realizar canalizaciones. Cuando la maza golpea el cortafrío que está apoyado en la pared, éste provoca el desprendimiento del material.

La zona más oscura constituye el mango de la herramienta, y la zona gris el filo. Los cortafríos varían según la forma del filo que posean y estarán de acuerdo con la tarea a realizar.

Martillos: El martillo es una de las herramientas más utilizadas en todas las especialidades u oficios; por tanto, no puede faltar en la caja de un electricista. Al igual que la maza, consta de dos partes: el mango de madera y el elemento de choque metálico. Como el martillo es usado en una amplia gama de tareas, existe en el mercado una gran variedad de modelos adaptados para el uso correspondiente; los modelos varían sólo en la forma del elemento de choque y en el tamaño y peso del martillo. En el caso del electricista, el modelo que más se ajusta a las necesidades del operario es el denominado “martillo bolita”. Según se puede ver en la siguiente figura, consta del mango de madera y la forma del elemento de choque está constituida por dos partes: en un extremo, la superficie es plana, en el otro, es redonda.

Taladros eléctricos y mechas de widia: El taladro eléctrico es utilizado como elemento de perforación cuando se está realizando una canalización exterior.

97


Horacio García

Se trata de una herramienta eléctrica que imprime revoluciones regulables en velocidad, en el extremo donde se coloca la mecha. Ésta es la que verdaderamente produce el agujero al material, siendo de diferentes tipos según la composición del material que se va a perforar. La mecha que más se utiliza en el caso de los electricistas, es la mecha de widia, según se puede ver en la siguiente figura:

La zona roja de la mecha está compuesta de un material especial que permite realizar agujeros en la mampostería.

Cinta métrica: Este elemento nos permite medir tanto la longitud de los caños a cortar como las distancias entre cajas a empotrar. Es una herramienta muy útil cuando se están realizando canalizaciones ya que permite establecer los límites exactos de la misma.

Estas cintas varían según el modelo del fabricante, pero su diferencia principal estriba en la longitud de la cinta y en la calidad de la misma.

Niveles: Cuando se está realizando una canalización es necesario que todos los caños y la caja no sólo queden a la misma altura, sino que también al mismo nivel respecto del piso; es por eso que utiliza el electricista esta herramienta para que, sobre todo los caños, queden al mismo paralelos al piso, ya que una leve inclinación provocaría la acumulación de agua dentro del caño y el consiguiente deterioro del mismo.

Los niveles poseen, en la zona media, para la nivelación horizontal, un tubo de vidrio con líquido y una burbuja que debe quedar centrada para saber que el caño está nivelado. De la misma manera en sus extremos izquierdos, poseen la misma ampolla para la nivelación vertical y, en sus extremos derechos para la nivelación a 90°. Pinza “pico de loro”: Esta herramienta es utilizada para sostener y/o apretar los caños y

accesorios cuando se está realizando una canalización con caño de hierro liviano. Vemos que posee varias posiciones; esto es para poder utilizar la pinza con diferentes diámetros de caño.

Llave ajustable: Este tipo de llave ajustable o “francesa”, es utilizada para apretar con firmeza tuerca o bulones de fijación en instalaciones de media y alta tensión. No 98


Horacio García

obstante, en ocasiones es muy útil para el trabajo del electricista domiciliario, por ejemplo cuando se debe fijar con firmeza los bulones que sostienen una canalización aérea o exterior. Los diferentes modelos de llaves ajustables y sus partes se pueden ver en la siguiente figura:

Se puede ver que el extremo de sujeción (a la izquierda de la imagen) está compuesto por una mordaza regulable con el tornillo sin fin y otra mordaza fija al mango. Las hay de varios tamaños según las necesidades; en este caso puede leerse 200mm, esto significa que la apertura máxima de las mordazas es de dos centímetros.

Cutter: Esta herramienta es muy útil a la hora de pelar cables, cortar caños corrugados, quitar rebabas en caños de plástico rígido, y cualquier otra tarea que necesite una herramienta filosa.

En la figura se puede observar que el cutter consta de un mango, una hoja de metal filoso y retráctil y un botón o seguro que tiene dos funciones, si se presiona y se lleva hacia delante, la hoja asoma por la punta del cutter, cuando se suelta el botón, la hoja permanece en su sitio y no se retrae hasta que se vuelva a presionar nuevamente el botón. Las lesiones provocadas por el uso de esta herramienta son elevadas y a veces de gravedad, por lo que se sugiere utilizar guantes de cuero y extremar los cuidados cuando se la está manipulando.

MANEJO CORRECTO DE LAS HERRAMIENTAS Pinzas: universal, de punta redonda, de punta plana y pico de loro: Si bien cada una de estas herramientas cumple una función distinta, el manejo es bastante parecido, por lo que se incluyen en un solo párrafo, haciendo las salvedades pertinentes, llegado el caso. Toda las pinzas se toman por el mango (que debe estar protegido con fundas plásticas a fin de aislarlas eléctricamente para seguridad del operario), una de las patas del mango se toma con los dedos pulgar e índice, la otra pata con los dedos mayor y anular; esto permite tener un control eficaz en los actos de apertura y cierre de las mordazas. La herramienta debe tomarse con firmeza (firmeza no es lo mismo que fuerza), seguridad y conciencia; si se tienen en cuenta estos tres elementos, se 99


Horacio García

podrán impedir gran parte de los accidentes por negligencia en el uso de la herramienta. En el caso de la pinza universal, luego de asegurar la herramienta en la mano, se ejerce presión sobre el elemento a tomar pero sin deformarlo; en el caso de tener que usarla como elemento de corte, se toma el material con la zona de corte y se ejerce presión hasta cortarlo. Con la pinza de punta redonda, se toma el cable (o material) con las mordazas y se gira la herramienta hasta construir el ojal o curva que se desea; el tamaño del ojal o de la curva dependerá de la zona de la mordaza con que se ha tomado el cable o material. Con la pinza de punta plana se procederá de la misma manera que con la pinza universal, teniendo en cuenta que esta herramienta es más delicada que la anterior, por lo que la presión ejercida sobre la pieza deberá ser menor. La utilización de la pinza “pico de loro” es muy parecida a las anteriores, sólo se deberá tener en cuenta que el material se toma con la zona curva de las mordazas y que, previamente a su utilización debemos regular la apertura de las mordazas de acuerdo al tamaño de la pieza a tomar. Todas estas pinzas deben usarse tomando la pieza o el material de forma perpendicular a éste, es decir, material y mordazas deben formar un ángulo de 90°. En cuanto a la seguridad, se deben tener en cuenta algunos aspectos para que el manejo no se complique: Tomar la herramienta con firmeza, seguridad y conciencia. Evitar dentro de lo posible, trabajar con tensión. Usar calzado según normas para que, en el caso de que la herramienta se caiga no provoque lesiones importantes en los pies del operario. No utilizar la herramienta para realizar tareas para las cuales no fueron diseñadas. Deficiencias típicas: Mordazas melladas o desgastadas. Pinzas desgastadas. Utilización para apretar o aflojar tuercas o tornillos. Utilización para cortar materiales más duros de los que componen las mordazas. Golpear con los laterales. Utilizar como martillo la parte plana. Prevenciones: Las pinzas de corte lateral deben llevar una defensa sobre el filo de corte para evitar lesiones producidas por el desprendimiento de los extremos cortos de alambre. Mordazas sin desgaste o melladas y mangos en buen estado. Tornillo o pasador en buen estado. Herramienta sin grasas o aceites. Las pinzas no deben utilizarse en lugar de las llaves, ya que sus mordazas son flexibles y frecuentemente resbalan. Además, tienden a redondear los ángulos de las cabezas de pernos y tuercas, dejando marcas de las mordazas sobre las superficies. No utilizar para cortar materiales más duros que las mordazas. Utilizar exclusivamente para doblar, cortar o sujetar. No colocar los dedos entre los mangos. No golpear piezas u objetos con las pinzas. Mantenimiento. Engrasar periódicamente el pasador de la articulación.   



   

 

Pinza para terminales: Luego de haber colocado el extremo pelado del cable dentro del terminal adecuado, se toma la pinza (como se vio anteriormente), se abre y se coloca el terminal en la mordaza correspondiente al color del terminal (rojo, azul o amarillo), luego se ejerce presión sobre el terminal hasta que éste se deforma y aprisiona el cable en su interior; la manera de comprobar que la maniobra tuvo éxito es tirar del cable y comprobar que éste no se sale del terminal. 100


Horacio García

Pinza pela cables: Para pelar el extremo de un cable, debemos tomar la herramienta (como ya se describió), se abre y se coloca el cable en el orificio correspondiente a la sección del mismo. Ejemplo: si se desea pelar un cable de 2mm. de sección, se debe colocar en el orificio marcado en la herramienta como “2mm”. Luego se ejerce presión y un leve giro para asegurarse de que el material aislante del cable se ha cortado; finalmente, con el pulgar de la otra mano, se hace fuerza hacia fuera para que el material plástico salga del cable. Pinza de corte oblicuo (Alicate): Como se dicho anteriormente, el alicate cumple dos funciones muy importantes dentro de las tareas que realiza un electricista: cortar y pelar cables. Para cortar un cable, se toma la herramienta, se abre y se ejerce presión hasta cortarlo. En el caso de tener que pelar un cable, se procede de la siguiente manera: se abre la pinza, se coloca el cable dentro de las mordazas y se presiona levemente, luego se abren las mordazas, se gira un poco el cable y se vuelve a hacer presión, estas acciones se deben repetir varias veces hasta asegurarse de que el plástico que recubre el cable se ha debilitado lo suficiente; cumplidos estos pasos, con el pulgar de la otra mano, se hace fuerza hacia fuera para que el material plástico salga del cable; en caso que esto no sucediera, se repetirán los pasos anteriores para debilitar aún más el plástico del cable. Destornilladores Paleta y Philips: Como se ha visto, los destornilladores constan de tres partes muy bien identificadas: mango, cuello y punta. Para su utilización, se toma la herramienta por el mango y se introduce la punta en la cabeza del tornillo (ranura si es paleta, cruz si es Philips), de modo que la punta del destornillador cubra exactamente el orificio de la cabeza del tornillo. Muchas veces sucede que tanto la cabeza del tornillo como la punta del destornillador están desproporcionados (uno más chico o más grande que el otro) y, cuando se ejerce la fuerza de rotación para atornillar o desatornillar, la herramienta se zafa de la cabeza del tornillo, provocando en éste una melladura que hará más difícil la tarea posteriormente. Por otro lado, se deberá tener en cuenta que el destornillador se debe colocar de forma perpendicular y recta respecto del orificio de la cabeza del tornillo, ya que de lo contrario, se “lastimará” o redondeará la cabeza del tornillo. Una vez introducida la punta del destornillador como se ha dicho, se comenzará a ejercer una fuerza de rotación (hacia la izquierda para desatornillar, hacia la derecha para atornillar) y un empuje hacia abajo proporcional al tamaño del tornillo y al “agarre” que éste sostiene con el material. Estos movimientos se ejecutarán hasta que el tornillo penetre y fije el material tal como deseamos (en el caso de atornillar), o hasta que el tornillo salga por completo del material (en el caso de desatornillar). Los cuidados que debemos tener para este tipo de herramientas dependen, fundamentalmente, del modo en que se tome el destornillador, de la forma en que introduzcamos la punta en la cabeza del tornillo y de la proporcionalidad entre la cabeza del tornillo y la punta del destornillador; cualquiera de estas acciones que no se hagan de manera correcta, puede provocar que se zafe la herramienta del tornillo y provocar serias lesiones con la punta en la mano que sostiene el material. Es imprescindible, entonces, aferrar el material con alguna herramienta de fijación (por ejemplo, una morsa) y, en el caso de tener que sostener el material con la mano, colocar ésta fuera del alcance de la punta del destornillador, es decir, al costado o por detrás de la misma. Deficiencias típicas: Mango deteriorado, astillado o roto. Uso como escoplo, palanca, o punzón. Punta o caña doblada. Punta roma o mal formada. Trabajar manteniendo el destornillador en una mano y la pieza en la otra. Uso de destornillador de tamaño inadecuado. Prevenciones:      

101


Horacio García

Mango en buen estado y amoldado a la mano con, o superficies laterales prismáticas, o con surcos o nervaduras para transmitir el esfuerzo de torsión de la muñeca. El destornillador ha de ser del tamaño adecuado al del tornillo a manipular. Porción final de la hoja con flancos paralelos sin acuñamientos. Desechar destornilladores con el mango roto, hoja doblada o la punta rota o retorcida, pues ello puede hacer que se salga de la ranura originando lesiones en las manos. Espesor, anchura y forma ajustados a la cabeza del tornillo. Utilizar sólo para ajustar o aflojar tornillos. No utilizar en lugar de punzones, cuñas, palancas o similares. Siempre que sea posible utilizar destornilladores philips. La punta del destornillador debe tener los lados paralelos y afilados. No debe sujetarse con las manos la pieza a trabajar, sobre todo si es pequeña. En su lugar debe utilizar un banco o superficie plana o sujetarla con un tronillo de banco (morsa). Emplear siempre que sea posible sistemas mecánicos de atornillado o desatornillado.

Destornillador buscapolo: La función principal de este particular destornillador, no es exactamente la misma que la de los anteriores; si bien pude usarse para atornillar o desatornillar, esta herramienta no fue perfectamente diseñada para estos fines. El buscapolo es, esencialmente, una herramienta de detección, es decir, se utiliza para detectar la fase en un circuito eléctrico. Para ello cuenta en su interior, con una lámpara de neón que se enciende cuando detecta el cable de fase. Para llevar a cabo esta acción, se debe tomar el buscapolo por el mango tocando, con el dedo índice, la parte trasera del mismo; esta acción es muy importante para que el buscapolo encienda, ya que, tocando la parte trasera del mango se genera una diferencia de potencial entre el cable que transporta la fase (220 volts) y el cuerpo del electricista (0 volts). Una vez sujetado el buscapolo de la forma antes indicada, se van tocando con la punta los filamentos de cada cable para comprobar cuál de ellos transporta la fase. Ya que el buscapolo se utiliza en circuitos con tensión, se deben extremar los cuidados para evitar accidentes y lesiones. Además de las claves de seguridad sugeridas para el uso de los destornilladores, se deben seguir las siguientes indicaciones: Verificar de no tocar dos conductores a la vez, ya que esto podría provocar un cortocircuito. Se debe tener la precaución de no tocar con ninguna parte del cuerpo la punta del buscapolo mientras éste haga contacto con el conductor. Se debe verificar que la aislación del cuello del buscapolo esté en buenas condiciones de uso. 





Cinta pasacables: El uso de la cinta pasacables parece una tarea fácil pero, sin embargo, tiene sus secretos. En primer lugar, se debe tener en cuenta el tipo de canalización que se ha realizado; no es lo mismo trabajar con la cinta en caños de hierro liviano que en caños corrugados o en mangueras flexibles de PVC. En segundo lugar, se deben tener en cuenta las dificultades que ofrece la canalización: curvas de ángulos muy cerrados, obstrucciones en las cañerías, modo de fijación de los caños, 102


Horacio García

distribución de las cajas, etc. Finalmente, se debe tener en cuenta la cantidad y la sección de los cables a pasar por cada tramo de cañería. Se explicará primeramente el modo general de uso y luego se verán los casos particulares enunciados anteriormente. Se ha visto anteriormente que la cinta consta de tres partes: un extremo metálico y espiralado con una bolilla giratoria en la punta, el cuerpo de la cinta, y el otro extremo metálico en forma de ojal. La punta en espiral sirve para pasar la cinta por la cañería; al ser espiralado y tener una bolilla en su extremo, irá “copiando” las curvas de la cañería. Cuando dicha punta llega al final del tramo de cañería, se deben pelar los cables, unirlos y pasarlos por el ojal de la cinta; asegurarlos con cinta aisladora. Luego se procede a tirar del extremo espiralado hasta que pase toda la cinta y los cables unidos a ella. Hay casos particulares que se deben considerar. Cuando la canalización es de caño de hierro liviano, se generan obstrucciones propias a las uniones de los caños con sus accesorios (curvas, uniones, niples de conexión, etc.), las curvas y codos suelen tener su sección reducida como producto de haber doblado el caño; la solución en estos casos radica en hacer girar la cinta para que la bolilla salve la obstrucción y pueda seguir avanzando. Para el caso de canalizaciones con caño corrugado, la tarea se vuelve un poco más dificultosa; si bien se trata de un caño flexible con el cual se pueden realizar curvas más abiertas y ángulos no tan cerrados, el problema de la utilización de estos caños radica en la forma que tienen los mismos. Como se ha visto anteriormente estos caños o mangueras están formados por anillos o arrugas que le proporcionan flexibilidad, pero son justamente estas arrugas o anillos los que dificultan el paso de la punta de la cinta por los mismos; la solución, como antes, es girar la cinta hasta que salve cada obstrucción. Por otro lado, estos anillos retienen fácilmente los restos de revoque o mampostería que se introducen en ellos, lo que provoca serias y difíciles obstrucciones en la cañería; la solución depende de la gravedad de la obstrucción: si el resto de mampostería es chico, se gira la cinta y ésta va empujando el resto de revoque hasta que sale por alguno de los dos extremos del caño, si el resto de mampostería es grande y se torna imposible deshacerse de la obstrucción, se deberá picar la pared, cortar la parte del caño obstruida y volver a unir la cañería con algún accesorio para caño corrugado. Otro problema de este tipo de caños, radica en su gran flexibilidad y escasa rigidez, es decir, cuando se debe realizar una canalización exterior con caño corrugado, éste tiende a pandearse (doblarse) si los tramos entre las fijaciones son demasiado largos; para solucionar este problema se sugiere colocar las fijaciones suficientemente juntas para evitar el pandeo cuando se pasa la cinta. Las mangueras semirrígidas de PVC no presentan graves problemas y son por ello las más utilizadas. Sin embargo, y al igual que los otros tipos de caños, presenta la dificultad de las obstrucciones por los accesorios y debe calcularse muy bien el diámetro de la manguera de acuerdo a la cantidad y sección de los cables que se pasarán por ella. Las precauciones que se deben tener en cuenta para evitar accidentes y/o lesiones son: Evitar el uso de una cinta demasiado extensa para el cableado a realizar, esto evitaría que la cinta se enrede haciendo dificultosa la tarea del operario. En caso de canalizaciones rígidas o embutidas, pasar siempre la cinta de arriba hacia abajo, esto haría que cualquier obstrucción en la cañería caiga por efectos de la gravedad. Contar siempre con la ayuda de alguien que vaya empujando la cinta de un extremo mientras se tira del otro extremo para facilitar el trabajo y evitar riesgos para el operario. No realizar extremada fuerza cuando se tira de la cinta, si se dificulta el paso, hacer girar la cinta o provocar pequeños golpes con la cinta para salvar la obstrucción. Asegurar siempre con cinta aisladora los cables unidos al ojal de la cinta pasacables, esto evitaría que los cables queden a mitad de camino dentro del caño. 









103


Horacio García

Cinta aisladora: Para su utilización, sea un empalme, un cable o para asegurar los cables en la cinta pasacables, se debe enroscar la cinta por estos de manera helicoidal, es decir, envolviendo la zona a aislar como si se estuviera enroscando el cable. Paso a paso sería: primero, buscar el extremo de la cinta y despegarlo sólo un poco; segundo, pegar oblicuamente (con un ángulo aproximado de 45°) el extremo de la cinta en el plástico aislante a unos tres centímetros o más de la zona a aislar; tercero, sostener con una mano el extremo de la cinta pegada al cable, y con la otra mano estirar la cinta aisladora a medida que se da un giro completo alrededor del cable cubriéndolo totalmente; cuarto, repetir este movimiento de giro hasta asegurarse que la cinta aisladora ha cubierto totalmente la zona a aislar y tres centímetros más después de ésta; quinto, cambiar el ángulo de incidencia de la cinta sobre el cable para que ésta avance en sentido contrario y repetir las acciones antes indicadas para que haya una doble aislación en el empalme. Como su nombre lo indica, esta cinta se utiliza para aislar eléctricamente cables y empalmes. De manera que la cinta suplantará el aislamiento del cable o empalme que viene de fábrica, por ello se debe tener especial atención en las indicaciones anteriores y, además, es imprescindible asegurarse que la cinta aisladora a utilizar sea de buena calidad. En el mercado hay decenas de cintas que, por su costo, tientan al usuario; hay que prescindir de estas cintas, gastar un poco más de dinero y comprar una de buena calidad, esto ronda en beneficio de un trabajo bien hecho. Los riesgos en el uso de la cinta derivan de varios factores: Que el empalme esté mal hecho, es decir, a veces quedan filamentos sueltos que pinchan la cinta y pueden provocar cortocircuitos o descargas eléctricas en el operario y/o usuario. Que la cinta aisladora sea de mala calidad, con el tiempo este tipo de cintas se van despegando dejando al descubierto la zona del empalme. Que la técnica del encintado no se haya realizado eficientemente, por lo que la cinta se irá despegando, dejando otra vez al descubierto la zona del empalme. Brevemente, una cinta de buena calidad, un empalme bien hecho y la técnica del encintado bien realizada, redundarán en una aislación que se mantendrá durante muchos años. 





Herramientas auxiliares Sierras: Para utilizar la sierra es muy importante que el caño o material que se va a aserrar esté fijado con firmeza para evitar su movimiento mientras se está aserrando. Se debe asegurar también que la hoja de la sierra esté colocada adecuadamente (con los dientes hacia delante) y bien fija al arco. Luego se procede de la siguiente manera: primero, con una mano se toma el arco por el mango y con la otra mano se toma el otro extremo del arco; segundo, se apoya la hoja de sierra en el punto del caño o material que se quiere aserrar y se realiza, suavemente un movimiento hacia delante y hacia atrás para “marcar” el material; tercero, se repite el movimiento anterior hasta asegurarse que en el caño o material se ha producido un surco por donde se desliza fácilmente la hoja de sierra; cuarto, los movimientos se intensifican, cuando la hoja avanza hacia delante se presiona hacia abajo para producir el corte, cuando la hoja retrocede hacia atrás se deja de ejercer presión para que los restos del material cortado puedan “despegarse” de la hoja; quinto, tanto en el movimiento hacia delante como en el de retroceso, se debe utilizar la totalidad de la longitud de la hoja, esto sirve para que en un futuro la hoja de sierra se desgaste de forma pareja y para que no aparezcan zonas sin dientes en la misma. Para que la tarea de aserrado sea segura, se deberá tener en consideración: Que la hoja de sierra esté en perfectas condiciones de uso y bien tensa en el arco. Que la herramienta haya sido tomada de la forma indicada, con las manos lejos del elemento de corte. Evitar la cercanía de personas o cosas que interfieran en el movimiento de aserrado. 





104


Horacio García

Cuando la hoja se traba, detener el aserrado y verificar que la hoja esté en buenas condiciones y cambiar el ángulo de corte. Deficiencias típicas: Triscado impropio. Mango poco resistente o astillado. Uso de la sierra de tronzar para cortar al hilo. Inadecuada para el material. Inicio del corte con golpe hacia arriba. Prevenciones: Las sierras deben tener afilados los dientes con la misma inclinación para evitar flexiones alternativas y estar bien ajustados. Mangos bien fijados y en perfecto estado. Hoja tensada. Antes de aserrar fijar firmemente la pieza. Utilizar una sierra para cada trabajo con la hoja tensada. Utilizar hojas de sierra de acero al tungsteno endurecido o semiflexible para materiales blandos o semiduros. Utilizar hojas de sierra de aleación endurecida del tipo alta velocidad para materiales duros y especiales. Instalar la hoja en la sierra teniendo en cuenta que los dientes deben estar alineados hacia la parte opuesta del mango. Utilizar la sierra tomando el mango con la mano derecha quedando el dedo pulgar en la parte superior del mismo y la mano izquierda tomando el extremo opuesto del arco. El corte se realiza dando a ambas manos un movimiento de vaivén y aplicando presión contra la pieza cuando la sierra es desplazada hacia el frente dejando de presionar cuando se retrocede. Cuando el material a cortar sea muy duro, antes de iniciar se recomienda hacer una ranura con una lima para guiar el corte y evitar así movimientos indeseables al iniciar el corte. Aserrar tubos o barras girando la pieza. 

    

Limas: En el caso del electricista, las limas son utilizadas para quitar las rebabas o bordes filosos que hayan quedado en el caño o material recién aserrado. Para ello se toma la herramienta por el mango y se coloca la hoja en la zona donde se quiere limar; luego se procede a realizar movimientos como los del aserrado, es decir, hacia delante y hacia atrás, para quitar el material sobrante o suavizar bordes filosos. Para evitar lesiones en el uso de esta herramienta, la única recomendación es tener las manos alejadas de la hoja, ya que ésta puede zafarse de la pieza o material y provocar lastimaduras (muchas veces de consideración) en las manos del operario. Deficiencias típicas: Sin mango. Uso como palanca o punzón. Golpearlas como martillo. Prevenciones: Mantener el mango y la espiga en bue estado. Mango afianzado firmemente a la cola de la lima. Funcionamiento correcto de la virola. Limpiar con cepillo de alambre y mantener sin grasa. Selección de la lima según la clase de material y grado de acabado (fino o grueso). No utilizar la lima sin su mango liso o con grietas. No utilizar la lima para golpear o como palanca o cincel. La forma correcta de sujetar una lima es tomar firmemente el mango con una mano y utilizar los dedos pulgar e índice de la otra para guiar la punta. La lima se empuja con la palma de la mano haciéndola resbalar sobre la superficie de la pieza y con la otra mano se presiona hacia abajo para limar. Evitar presionar en el momento del retorno. Evitar rozar una lima contra otra. No limpiar la lima golpeándola contra cualquier superficie dura.   

105


Horacio García

Mazas y cortafríos: Para poder utilizar estos elementos, en primer lugar se debe “dibujar” en la mampostería cuál será el trayecto de la canalización para poder quitar el material que se desea. Luego se puede ver en la figura la utilización de maza y cortafrío:

Se toma con una mano el cortafrío por el cuello y, con la otra mano, la maza por el mango; luego se imprimirán golpes suaves justo por las líneas antes trazadas para debilitar de a poco la mampostería y evitar que salten restos de material que se desean quitar; cuando se ha marcado un tramo de la canalización, se repetirá la operación anterior pero esta vez golpeando al cortafrío con mayor firmeza; cuando se ha legado a la profundidad deseada según la sección del caño, se procede a golpear la mampostería por el centro de las marcas para quitar el revoque no deseado; en caso de no haber llegado a la profundidad necesaria, repetir las operaciones anteriores. Para evitar accidentes dolorosos, se debe considerar lo siguiente: Tomar con firmeza la maza por el extremo del mango. Tomar con firmeza el cortafrío por el cuello alejando los dedos de la cabeza del mismo. Golpear la cabeza del cortafrío de manera perpendicular. No trabajar con los brazos cansados ya que esto provocaría errar a la cabeza del cortafrío y el golpe se producirá en la mano del operario.  

 

Martillos: Los martillos son útiles cuando se desea mejorar o enderezar alguna deformación en los caños de hierro liviano; o para marcar, con la ayuda de un clavo, dónde se debe perforar; o para clavar las grampas de fijación de cables coaxiales o telefónicos; etc. El martillo tiene la propiedad de ser la herramienta más útil en el momento menos esperado. Para utilizarlo correctamente se debe tomar por el extremo del mango y golpear la superficie con la parte plana (o redonda, según el caso) de modo perpendicular, es decir cabeza plana del martillo y superficie a golpear deben formar un ángulo aproximado de 90°. Deficiencias típicas: Mango poco resistente, agrietado o rugoso. Cabeza unida deficientemente al mango mediante cuñas introducidas paralelamente al eje de la cabeza de forma que sólo se ejerza presión sobre dos lados de la cabeza. Uso del martillo inadecuado. Exposición de la mano libre al golpe del martillo. Prevenciones: Cabezas sin rebabas. Mangos de madera de longitud proporcional al peso de la cabeza y sin astillas. Fijado con cuñas introducidas oblicuamente respecto al eje de la cabeza del martillo de forma que la presión se distribuya uniformemente en todas las direcciones radiales. Desechar mangos reforzados con cuerdas y alambres.  

 

106


Horacio García

Antes de utilizar un martillo asegurarse que el mango está perfectamente unido a la cabeza. Un sistema es la utilización de cuñas anulares. Seleccionar un martillo de tamaño y dureza adecuados para cada una de las superficies a golpear. Observar que la pieza a golpear se apoya sobre una base sólida no endurecida para evitar rebotes. Sujetar el mango por el extremo.

Se debe procurar golpear sobre la superficie de impacto con toda la cara del martillo.

En el caso de tener que golpear clavos, éstos se deben sujetar por la cabeza y no por la punta.

No golpear con un lateral de la cabeza del martillo. No utilizar martillos con la cabeza floja o cuña suelta. No utilizar el martillo para golpear otro o para dar vueltas a otras herramientas o como palanca. Utilizar gafas de seguridad homologadas.

Taladros eléctricos y mechas de widia: Ya que se trata de una herramienta eléctrica, para su correcto uso, se recomienda, en primer lugar, respetar las consideraciones que indica el fabricante en el manual del usuario. En el caso del operario electricista, el taladro eléctrico se utiliza, mayormente para la fijación de cajas y grampas en canalizaciones exteriores. Para ello se debe, primeramente, ubicar la caja (o la grampa que sostiene el caño) donde se desea y marcar los puntos donde se debe perforar con ayuda de un clavo y martillo o simplemente con un lápiz; con la ayuda de la llave apropiada, se coloca la mecha de widia de la sección escogida en el mandril del taladro y se ajusta firmemente con la llave; se verifica que el taladro esté en la posición de “rotopercusión” y que el sentido de giro sea el adecuado (hacia la derecha); se toma con firmeza el taladro por el mango y se enchufa; se coloca la punta de widia de la mecha en el punto que se ha marcado y con la mano libre se sostiene el taladro por debajo con los dedos alejados de la zona de giro para que la mecha incida perpendicularmente respecto al material a perforar; se hace una leve presión sobre el punto y luego se presiona el gatillo del taladro para que genere una pequeña melladura en la mampostería; se suelta el gatillo y se verifica que el orificio realizado coincide con el punto trazado; se coloca nuevamente la mecha en el 107


Horacio García

orificio y se ejerce presión mientras en taladro gira para producir un agujero hasta la profundidad deseada. Como se trata de una herramienta eléctrica, en cierto aspecto no tenemos el total gobierno sobre la misma, por lo tanto, para un uso seguro de la misma, no sólo se recomienda seguir las instrucciones del fabricante, sino que, además, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: Jamás enchufar el taladro hasta que no se hayan verificado el sentido de giro, la correcta colocación de la mecha y el punto de rotopercusión. Jamás colocar el dedo en el gatillo del taladro hasta asegurarse la coincidencia del punto marcado y la punta de la mecha y la perpendicularidad de la misma respecto a la pared. Tomar con ambas manos y firmemente el taladro, ya que la mecha puede trabarse con material más duro durante la perforación, provocando un golpe de giro imprevisto en el taladro y la consiguiente lesión en la mano que lo sostiene por el mango. Asegurarse que el taladro está convenientemente aislado o, en su defecto, que posea la correspondiente puesta a tierra en el enchufe. Si se utiliza una prolongación, verificar que la misma esté en perfectas condiciones de uso. Asegurarse que el cable del taladro esté lo más alejado posible de la zona de perforación, ni enredado, ni tirante. Jamás tocar la mecha con los dedos luego de una perforación, ésta suele calentarse. Por la misma razón, evitar el contacto de la mecha con el cable del taladro. En los casos de mampostería muy dura, se recomienda taladrar de poco sacando la mecha de la perforación y refrigerarla con agua. 













 

Cinta métrica: Como su nombre lo indica, esta cinta se utiliza para tomar distancias y longitudes a la hora de diseñar una canalización. Se trata de una cinta metálica numerada en centímetros (algunos modelos vienen en centímetros y pulgadas) enrollada dentro de un soporte o carcasa. Es muy útil para “dibujar” en la mampostería el recorrido de la cañería, como para medir la ubicación de las cajas o para tomar las longitudes de los caños a cortar. Para su correcto uso sólo debe tomarse el extremo libre de la cinta y tirar desenrollándola hasta la medida que se desea; posee una tecla de freno que se acciona con el pulgar para evitar que la cinta se enrolle automáticamente. Una vez marcada la longitud, se suelta el freno y la cinta se vuelve a enrollar. Los únicos cuidados que se deben tener al usar esta herramienta son: Evitar soltar el freno de golpe o acompañar la cinta con la mano libre para evitar el latigazo metálico que puede dañar la cara o las manos del operario. Asegurarse de tomar las medidas siempre o con centímetros o con pulgadas. Si la cinta se moja o ensucia, antes de volver a enrollarla, limpiarla bien con un trapo seco, ya que de lo contrario, si la cinta es de calidad baja o media, se oxidará y se reducirá el tiempo de vida útil. 

 

Nivel: El nivel se utiliza tanto para nivelar los caños en las canalizaciones exteriores, como para nivelar el “dibujo” que realizamos antes de picar la ma mpostería para canalizaciones embutidas. Su utilización es muy simple, una vez cortado el caño con la longitud deseada, se presenta (apoya) en el sitio correcto de la pared, se coloca el nivel arriba del caño y se verifica que la burbuja superior esté ubicada en el centro de las dos marcas que se ven en el cristal. Generalmente, los niveles vienen de fábrica con tres sistemas de burbujas: la superior, para nivelar horizontalmente o paralelo al suelo; la lateral, para nivelar verticalmente o perpendicular al suelo; y la angular, para nivelar o escuadrar a 90° un caño respecto de otro. El funcionamiento en cualquiera de los tres casos es el mismo. Para canalizaciones a embutir, en vez de colocar el nivel sobre el caño, se lo ubica coincidiendo con las líneas trazadas en la mampostería. El único resguardo que se debe tener con esta herramienta es evitar la caída de la misma, ya que podrían romperse o dañarse los sistemas de vidrio de las burbujas. 108


Horacio García

Pinza “pico de loro”: Este tipo de pinza se utiliza, generalmente, para el armado de

canalizaciones con caño de hierro liviano. El uso de la misma no difiere demasiado de las anteriores, sólo se debe tomar la precaución de ajustar sus mordazas de acuerdo a la sección del caño o material a tomar. Las precauciones que deben tomarse son también las mismas que las anteriores, con las siguientes salvedades: La pieza, material, o caño a tomar se debe prensar de modo perpendicular. En el caso que el material o la pieza a tomar sea delicada, se deben cubrir con un trapo los dientes de las mordazas para evitar melladuras en la pieza. Los caños se deben tomar con la zona más abierta de las mordazas y las piezas rectas con la punta de las mismas. Se debe evitar la caída de la misa tomándola firmemente, ya que al ser una pinza de fuerza es pesada y podría ocasionar lesiones en los pies del operario. Se debe tomar la pieza, material o caño con la mayor firmeza posible para que, cuando sea necesario realizar presión, la pinza no se zafe del material provocando lesiones en las manos del operario.  







Llave ajustable o “francesa”: Como se ha visto, el sistema de ajuste de las mordazas

está formado por un tornillo sin fin que mueve una de las mordazas mientras la otra permanece fija. Su utilización es muy simple: se toma con firmeza del mango, se ubica paralelamente en la tuerca o cabeza de bulón y, con el dedo pulgar, se ajusta la mordaza móvil hasta que encaje perfectamente tuerca (o cabeza de bulón) con la abertura de las mordazas; luego se gira en el sentido que se desea: a la derecha para ajustar, a la izquierda para aflojar. Los cuidados que se deben tener para el manejo seguro de esta herramienta son: Evitar que se caiga, ya que al ser pesada podría ocasionar lesiones en los pies del operario. Siempre la tuerca (o cabeza de bulón) debe alojarse paralelamente en la parte trasera de las mordazas, nunca utilizar las puntas, ya que la llave podría zafarse y provocar lesiones en las manos del operario. La mano libre debe presionar las mordazas hacia abajo y acompañar el giro para evitar que la llave se zafe. Ajustar adecuadamente las mordazas a la pieza o material. Mantener limpio y lubricado el sistema de mordazas. Deficiencias típicas: Mordaza gastada. Defectos mecánicos. Uso de la llave inadecuada por tamaño. Utilizar un tubo en el mango para un mayor ajuste. Uso como martillo. Prevenciones: Mordazas y mecanismos en perfecto estado. Cremallera y tornillo de ajuste deslizando correctamente. Dentado de las mordazas en buen estado. No desbastar las bocas de las llaves fijas pues se destemplan o pierden paralelismo las caras interiores. Las llaves deterioradas no se reparan, se reponen. Evitar la exposición al calor excesivo. Efectuar la torsión girando hacia el operario, nunca empujando. Al girar asegurarse que los nudillos no se golpean contra algún objeto. Utilizar una llave de dimensiones adecuadas al pero o tuerca para apretar o aflojar. Utilizar la llave de forma que esté completamente abrazada y asentada a la tuerca y formando ángulo recto con el eje del tornillo que aprieta. 





 

    

109


Horacio García

No debe sobrecargarse la capacidad de una llave utilizando una prolongación de tubo sobre el mango, utilizar otra como alargue o golpear éste con un martillo. Es más seguro utilizar una llave más pesada o de estrías.

Para tuercas o pernos difíciles de aflojar, utilizar llaves de tubo de gran resistencia. La llave de boca variable debe abrazar totalmente en su interior a la tuerca o perno y debe girarse en la dirección que suponga que la fuerza la soporta la quijada fija. Tirar siempre de la llave evitando empujar sobre ella.

Utilizar con preferencia la llave de boca fija en vez de la de boca ajustable. No utilizar las llaves para golpear.

Cutter: Como es una herramienta de corte de gran versatilidad y eficiencia, son innumerables los usos que se le pueden asignar, sólo se mencionarán algunos de ellos que tengan que ver con las tareas del operario electricista. Para pelar un extremo de cable, por ejemplo, y sólo en el caso de que no se disponga de un alicate, se toma el extremo del cable con la mano izquierda y el cutter con la derecha; luego se acciona el cutter para retirar la hoja y se apoya el filo en el plástico aislante del cable a unos tres centímetros del extremo; luego se ejerce una leve presión con el cutter en el cable para provocar un pequeño corte en el plástico aislante; se hace girar el cable (siempre ejerciendo la misma presión sobre éste) sobre el filo del cutter hasta completar la vuelta completa; finalmente, se retira el cutter y el resto de material plástico aislante que ha sido cortado. En caso que el plástico no salga fácilmente, repetir la operación. 110


Horacio García

SEGURIDAD EN EL USO DE LAS HERRAMIENTAS Introducción: Los accidentes producidos por las herramientas manuales constituyen una parte importante del número total de accidentes de trabajo y en particular los de carácter leve. El objetivo es dar a conocer los principales riesgos derivados de las herramientas de uso común, causas que los motivan y medidas preventivas básicas. Generalmente, los accidentes que originan suelen tener menor consideración en las técnicas de prevención por la idea muy extendida de la escasa gravedad de las lesiones que producen, así como la influencia del factor humano, que técnicamente es más difícil de abordar. En contra de esta poca atención se puede afirmar que: El empleo de estas herramientas abarca la generalidad de todos los sectores de la actividad industrial, por lo que el número de trabajadores expuestos es muy elevado. La gravedad de los accidentes que provocan incapacidades permanentes parciales es importante. 



PELIGROS, CAUSAS Y MEDIDAS PREVENTIVAS EN EL MANEJO DE LAS HERRAMIENTAS MANUALES ORDINARIAS Se describen a continuación y de forma general los principales peligros derivados del uso, transporte y mantenimiento de las herramientas manuales, las causas que los motivan y las medidas de prevención que se deberían adoptar. Peligros: Los principales peligros asociados a la utilización de las herramientas manuales son: Golpes y cortes en manos ocasionados por las propias herramientas durante el trabajo normal con las mismas. Lesiones oculares por partículas provenientes de los objetos que se trabajan y/o de la propia herramienta. Golpes en diferentes partes del cuerpo por despido de la propia herramienta o del material trabajado. Esguinces por sobreesfuerzos o gestos violentos. 







Causas: Las principales causas genéricas que originan los peligros indicados son: Abuso de herramientas para efectuar cualquier tipo de operación. Uso de herramientas inadecuadas, defectuosas, de mala calidad o mal diseñadas. Uso de herramientas de forma incorrecta. Herramientas abandonadas en lugares inadecuados. Herramientas transportadas de forma inadecuada. Herramientas mal conservadas.  

   

Medidas preventivas: Las medidas preventivas se pueden dividir en cuatro grupos que empiezan en la fase de diseño de la herramienta, las prácticas de seguridad asociadas a su uso, las medidas preventivas específicas para cada herramienta en particular y finalmente la implantación de un adecuado programa de seguridad que gestione la herramienta en su adquisición, utilización, mantenimiento y control, almacenamiento y eliminación. 1) Diseño ergonómico de la herramienta: Desde un punto de vista ergonómico las herramientas manuales deben cumplir una serie de requisitos básicos para que sean eficaces, a saber: Desempeñar con eficacia la función que se pretende de ella. Proporcionada a las dimensiones del usuario. Reducir al mínimo la fatiga del usuario.   

111


Horacio García

2) Criterios de diseño: Al diseñar una herramienta, hay que asegurarse de que se adapte a la mayoría de la población. En cualquier caso el diseño será tal que permita a la muñeca permanecer recta durante la realización del trabajo. Es, sin embargo, el mango la parte más importante de la interacción con el ser humano y por ello se hace hincapié de forma particular en esta parte de toda herramienta manual. Forma del mango: Debe adaptarse a la postura natural de asimiento de la mano. Debe tener forma de un cilindro o un cono truncado e invertido, o eventualmente una sección de una esfera. La transmisión de esfuerzos y la comodidad en la sujeción del mango mejora si se obtiene una alineación óptima entre el brazo y la herramienta. Para ello el ángulo entre el eje longitudinal del brazo y el del mango debe estar comprendido entre 100° y 110°. 

Diámetro y longitud del mango: Para una presión de fuerza, el diámetro debe oscilar entre 25 y 40 mm. La longitud más adecuada es de unos 100 mm. Textura: Las superficies más adecuadas son las ásperas pero romas. Todos los bordes externos de una herramienta que no intervengan en la función y que tengan un ángulo de 135° o menos, deben ser redondeados, con un radio de, al menos, 1 mm. 3) Prácticas de seguridad: El empleo inadecuado de herramientas de mano es origen de una cantidad importante de lesiones partiendo de la base de que se supone que todo el mundo sabe como utilizar las herramientas manuales más corrientes. A nivel general se pueden resumir en seis las prácticas de seguridad asociadas al buen uso de las herramientas de mano: Selección de la herramienta correcta para el trabajo a realizar. Mantenimiento de las herramientas en buen estado. Uso correcto de las herramientas. Evitar un entorno que dificulte su uso correcto. Guardar las herramientas en lugar seguro. Asignación personalizada de las herramientas siempre que sea posible. 4) Gestión de las herramientas: La disminución a un nivel aceptable de los accidentes producidos por las herramientas manuales requieren, además de un correcto diseño y una adecuada utilización, una gestión apropiada de las mismas que incluya una actuación conjunta sobre todas las causas que los originan mediante la implantación de un programa de seguridad completo que abarque las siguientes fases: Adquisición: El objetivo de esta fase es el de adquirir herramientas de calidad acordes al tipo de trabajo a realizar. Para ello se deberán contemplar los siguientes aspectos:  Conocimiento del trabajo a realizar con las herramientas.  Adquisición de las herramientas a empresas de reconocida calidad y diseño ergonómico.  Las herramientas que para trabajar deben ser golpeadas, deben tener la cabeza achaflanada, llevar una banda de bronce soldada a la cabeza o acoplamiento de manguitos de goma, para evitar en lo posible la formación de rebabas.  Los mangos deben ser de madera u otros materiales duros, no debiendo presentar bordes astillados, debiendo estar perfectamente acoplados y sólidamente fijados a la herramienta. 



     



112












Horacio García

Adiestramiento y utilización: Es la fase más importante, pues en ella es donde se producen los accidentes. Según esto, el operario que vaya a manipular una herramienta manual, deberá conocer los siguientes aspectos:  Los trabajadores deberán seguir un plan de adiestramiento en el correcto uso de cada herramienta que deba emplear en su trabajo.  No se deben utilizar las herramientas con otros fines que los específicos, ni sobrepasar las prestaciones para las que técnicamente han sido concebidas.  Utilizar la herramienta adecuada para cada tipo de operación.  No trabajar con herramientas estropeadas.  Utilizar elementos auxiliares o accesorios que cada operación exija para realizarla en las mejores condiciones de seguridad. Observaciones planeadas del trabajo: Periódicamente se observarán cómo se efectúan las operaciones con las distintas herramientas manuales por parte de los mandos intermedios y las deficiencias detectadas durante las observaciones se comunicarán a cada operario para su corrección, explicando de forma práctica en cada caso cual es el problema y cual la solución asociada. Control y almacenamiento: Esta fase es muy importante para llevar a cabo un buen programa de seguridad, ya que contribuirá a que todas las herramientas se encuentren en perfecto estado. Las fases que comprende son:  Estudio de las necesidades de herramientas y nivel de existencias. centralizado de herramientas mediante asignación de  Control responsabilidades.  Asignación a los operarios de las herramientas adecuadas a las operaciones que deben realizar.  Montaje de almacenamientos ordenados en estantes adecuados mediante la instalación de paneles u otros sistemas. A inicio de la jornada laboral las herramientas necesarias serán recogidas por cada uno de los operarios debiendo retornarlas a su lugar de almacenamiento al final de la misma.  Periódicamente se deben inspeccionar el estado de las herramientas, y las que se encuentren deterioradas, enviarlas al servicio de mantenimiento para su reparación o su eliminación definitiva. Mantenimiento: El servicio de mantenimiento general de la empresa deberá reparar o poner a punto las herramientas manuales que le lleguen, desechando las que no se pueden reparar. Para ello deberá tener en cuenta los siguientes aspectos:  La reparación, afilado, templado o cualquier otra operación, la deberá realizar personal especializado, evitando en todo caso efectuar reparaciones provisionales.  En general, para el tratado y afilado de las herramientas se deberán seguir las instrucciones del fabricante. Transporte: Para el transporte de las herramientas se deben tomar las siguientes medidas:  El transporte de herramientas se debe realizar en cajas, bolsas o cinturones especiales diseñados para ello.  Las herramientas no se deben llevar en los bolsillos, sean punzantes o cortantes, o de cualquier tipo.  Cuando se deban subir escaleras o realizar maniobras de ascenso o descenso, las herramientas se llevarán de forma que las manos queden libres.

PELIGROS, CAUSAS Y MEDIDAS PREVENTIVAS EN EL MANEJO DE LAS HERRAMIENTAS PORTÁTILES ELÉCTRICAS O MECÁNICAS Riesgos habituales en herramientas manuales más energía adicional: Adquisición de herramientas de calidad. 

113


     

Horacio García

Uso exclusivo para el trabajo para el que han sido diseñadas. Instrucciones adecuadas para el uso de cada tipo de herramienta. Utilización de equipos de protección individual. Mantenimiento periódico. Revisión periódica. Almacenamiento adecuado.

114


Horacio García

CAPÍTULO 2 MATERIALES PARA UNA INSTALACIÓN DOMICILIARIA

     

Materiales conductores. Conductores eléctricos. Clases de conductores. Sección de un conductor. Materiales aislantes y resistivos. Empalmes. Introducción. Tipos de empalmes. Terminales. Tipos de terminales. Interruptores: de corte, de selección, de atenuación y de comando. Pulsadores. Tomacorrientes, enchufes y portalámparas. Cañerías, accesorios y usos. Introducción. Caños de hierro negro liviano. Manguera corrugada. Manguera plástica semirrígida. Cable canal. Cajas. Introducción. Rectangulares. Octogonales. Cajas estancas para exteriores.

115


Horacio García

MATERIALES CONDUCTORES Son aquellos cuerpos cuyos átomos pueden tomar un electrón y ceder otro fácilmente, tal como sucede, por lo general, con los metales. Son buenos conductores el cobre (Cu), el aluminio (Al), la plata (Ag), el estaño (Sn) y el plomo (Pb), y las aleaciones de cobre y zinc (latones), y de cobre y estaño (bronces). De estos conductores eléctricos los más empleados son los dos primeros. En la siguiente tabla se pueden apreciar la conductividad y la resistividad de diversos materiales conductores y semiconductores:

CONDUCTORES ELÉCTRICOS Un conductor eléctrico está formado por los siguientes elementos: Una parte periférica “aisladora”, que sirve para evitar ev itar todo contacto exterior de los alambres o filamentos; generalmente, es de material plástico, PVC o goma. El “cable”, que debe ser buen conductor de la corriente (el cobre se utiliza especialmente en las instalaciones interiores, y el aluminio, en las instalaciones de alta tensión), constituye el conductor propiamente dicho. En la siguiente figura se pueden apreciar las diferentes partes de un conductor eléctrico:

CLASES DE CONDUCTORES Un conductor eléctrico puede estar constituido por los siguientes elementos: “alambre”, cuando el conductor está integrado por un solo hilo; “cable”, cuando el conductor está formado por un haz o manojo de hilos arrollados helicoidalmente; o “flexible”, cuando el conductor está formado por muchos hilos muy m uy finos. Los alambres son rígidos y por ello se utilizan preferentemente en tableros, telefonía y transmisión de ondas de video. Los cables son más flexibles y por ello se emplean para las instalaciones que corren dentro de los caños. Los flexibles son utilizados, generalmente, para transmisión de ondas de radio. En las figuras que siguen se pueden ver algunos de los múltiples tipos de conductores eléctricos que se encuentran en el mercado, de acuerdo a su uso:

116


Horacio García

Tipos de conductores: Muchos son los tipos de conductores que actualmente el mercado ofrece ya que, a medida que avanza la tecnología de los elementos de una instalación eléctrica, la oferta de cables específicos crece. A continuación, se mencionarán sólo algunos de los cables más utilizados: 1) Cable “bajo plomo”:

2) Cable “bajo plástico” o de PVC:

3) Cable subterráneo: Un tipo especial de cable, muy utilizado en instalaciones exteriores bajo tierra, tales como iluminación de parques y jardines, piscinas, etc., es el denominado “cable bajo tierra”; ti erra”; así lo muestra mu estra la siguiente figura:

Generalmente, estos cables se instalan entubados en caños de PVC para proporcionarle una protección adicional a los mismos; en la siguiente figura puede verse: 117


Horacio García

4) Conductor intemperie: Es de cobre rojo duro sin recocer, cubierto por dos cintas de papel impregnado en aceite, arrollamiento helicoidal de algodón, y una trenza de algodón impregnada en barniz intemperie, provisto de una de parafina. También se fabrica conductor de cobre aislado con una capa de PVC especial para intemperie de color negro. 5) Cable para pararrayos: Cable de cobre rojo cubierto con barniz intemperie tipo “Sterling”. Se emplea para la conexión fija del pararrayos a tierra. 6) Cable de manojo de pares telefónicos:

7) Conductor para par telefónico:

8) Cable tipo taller: Es una cuerda extraflexible bipolar, tripolar o tetrapolar bajo vaina redonda especial resistente al roce, humedad y aceites, apta para interiores e intemperie. Cable de cobre con aislación individual de PVC y vaina de PVC.

Sección de un conductor: Por “sección” se entiende la superficie transversal del corte de un conductor. El valor de esta sección depende de la cantidad de electricidad que debe circular por ella.

118


Horacio García

MATERIALES AISLANTES Y RESISTIVOS Materiales aislantes: Son aquellos cuerpos que no dejan pasar la corriente eléctrica. Un aislante de buena calidad debe reunir los siguientes requisitos: 1) Eléctricos: Es decir, de gran poder aislante (por esto mismo también llamados “dieléctricos”). 2) Mecánicos: Es decir, que ofrezcan resistencia a la tracción, y relativa dureza. 3) Térmicos: Para soportar el frío y el calor sin perder sus propiedades. 4) Químicos: Que lo mantengan inalterable en contacto con agentes químicos. Las principales materias que por su gran resistencia eléctrica pueden ser utilizadas como aislantes o no conductoras, son las siguientes: 1) Minerales: Mica, amianto, mármol, pizarra y porcelana. 2) Orgánicas sólidas: Caucho, fibras, plásticos, baquelitas y cartones. 3) Orgánicas líquidas: Aceites minerales, barnices, lacas y betunes. Materiales resistivos: Todo conductor eléctrico afecta el paso de la corriente eléctrica en mayor o en menor grado determinado por su resistencia, la cual está afectada por los factores siguientes: el metal del que está formada, la sección (o diámetro) y la longitud. La siguiente figura muestra algunos tipos de resistencias que se consiguen hoy en el mercado:

La plata es el metal que con más facilidad conduce la corriente eléctrica, pero dado su costo tan elevado, no es común usarla como conductor en los circuitos eléctricos. El cobre es el conductor más usado por su bajo costo, aparte de ser un buen conductor de la electricidad. También es usado el aluminio, pero presenta el inconveniente que no se puede soldar por los medios comunes, por lo mismo es muy limitado su uso en casas, sólo en líneas de transmisión de alto voltaje. La siguiente figura el código de colores que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar el valor de la resistencia:

119


Horacio García

Cuando se mide la resistencia de trozos de metales distintos, del mismo tamaño y grosor, se encuentra que el hierro tiene una resistencia seis veces mayor que la del cobre, en tanto que uno de plata alemana tiene una resistencia casi trece veces mayor que la del cobre. A continuación se presenta una tabla en la cual se especifica la resistencia de los diferentes conductores eléctricos:

EMPALMES Introducción: Con frecuencia los operarios deben aplicar la técnica de unir cables en distintas direcciones y múltiples formas. A veces se deben unir cables o alambres de la misma sección y otra habrá que derivar los de secciones y medidas distintas. Estas uniones y derivaciones de cables se llaman “empalmes”. Para que un empalme no origine con el tiempo un calentamiento indebido que podría convertirse en cortocircuito o incendio, ha de ser realizado con mucho cuidado, prolijidad y conciencia. De acuerdo al lugar de colocación, al tipo de alambre o cable y a los esfuerzos de tracción que deberá soportar, la forma del empalme puede variar desde un simple hilo doblado en forma de ojal asegurado con un tornillo, hasta las uniones retorcidas y soldadas con aleación de estaño (soldadura dulce). TIPOS DE EMPALMES A continuación se describirán someramente los tipos de empalmes más utilizados en instalaciones domiciliarias. 1) Empalme sencillo de dos conductores o “cola de ratón”: Se realiza sobreponiendo los dos conductores y retorciéndolos entre sí, después de haberlos pelado y raspado. Se recortan luego las puntas y se cubren con cinta aisladora. 2) Empalme de gusanillo: Se utilizan cuando los cables no estarán expuestos a mayores esfuerzos de tracción. 3) Empalme de conductores de diámetros distintos: Se arrolla el cable más pequeño sobre el de diámetro mayor, teniendo en cuenta que el empalme resultará más eficiente cuanto más hilo se arrolle. 4) Unión de un cable con un alambre: Este empalme resulta igual al anterior, con la variante de que uno de los conductores es un cable retorcido. 5) Derivación de un alambre grueso de otro del mismo tamaño: Se unen ambos alambres con hilo de sección pequeña. 120


Horacio García

6) Derivación de un cable de otro cable: Se separan en dos grupos los hilos que componen uno de los cables, y se hacen girar un grupo en un sentido, y el otro en sentido inverso. 7) Empalme de estrella: Se abren los hilos de un cable, y en su interior se introducen los hilos del segundo cable. 8) Empalme tipo “ojal”: Luego de pelar el cable (un poco más de lo normal), se toma el extremo con la pinza de punta redonda y se enrosca generando el ojal. A continuación se presentarán las diversas técnicas para realizar los distintos tipos de empalmes mayormente utilizados en instalaciones eléctricas domiciliarias. Vale aclarar que la técnica del estañado de los empalmes ya casi no se usa, no obstante, si las condiciones de trabajo y la voluntad del operario lo permiten, es aconsejable soldar cada empalme para lograr mayor contacto eléctrico y reducir el calor que se produce en las uniones. Para el empalme “cola de ratón” se debe: 1) Pelar los cables según se ha explicado anteriormente. 2) Doblarlos en ángulo, como indica la figura. 3) Enganchar los dos cables entre sí. 4) Retorcerlos con pinza adecuada al diámetro de los conductores.

Para el empalme de derivación se debe: 1) Pelar los dos cables como se indica en la figura. 2) Doblar el cable que está pelado por el extremo. 3) Engancharlo con el cable recto. 4) Arrollarlo con pinza como se indica en la figura.

Para el empalme “gusanillo” se debe: 1) Pelar los dos cables. 2) Doblarlos en ángulo 3) Engancharlos entre sí. 4) Arrollar uno de los cables sobre el otro. 5) Arrollar el otro cable, para completar el empalme. 121


Horacio García

Para el empalme tipo “ojal” se debe: 1) Pelar el cable como se ha indicado anteriormente. 2) Tomar con la pinza de punta redonda el extremo del cable. 3) Enrollar hasta formar el ojal.

Para el empalme de conductores de diámetros distintos, se debe: 1) Pelar ambos cables. 2) Cruzar perpendicularmente ambos cables. 3) Arrollar el cable más fino sobre el más grueso.

Para el empalme de cable con alambre, se debe: 1) Pelar cable y alambre. 2) Doblar el alambre a 90°. 3) Juntar el extremo doblado del alambre con el cable. 4) Arrollar ambos con cable y soldar.

Para el empalme de dos alambres, se procede de la misma manera que en el caso anterior:

122


Horacio García

Para el empalme de un cable con otro cable, se debe: 1) Pelar cable por el extremo y el otro por la mitad. 2) Separar los hilos del cable pelado en el extremo en dos manojos de la misma cantidad de hilos. 3) Colocar entre los dos manojos de hilo el cable pelado por la mitad. 4) Retorcer un manojo de hilos en un sentido y el otro en sentido opuesto.

TERMINALES Como su nombre lo indica, los terminales son utilizados para colocarlos en los extremos de los cables o alambres, con el fin de conectar a éstos con algún elemento o material eléctrico. Como ejemplo, se puede mencionar la instalación de terminal del tipo “ojal” en los tornillos de fijación que forman parte de los portalámparas. A continuación, se verán algunos de los terminales más comunes, con la denominación del fabricante, y se describirá el uso de cada uno.

A fin de que no haya confusiones, se tomarán las nomenclaturas del fabricante, para la descripción y uso de cada terminal. Cabe aclarar que el uso de los terminales está restringido a baja tensión (entre 12 y 24 volts). En primer lugar, y a simple vista, se puede observar que todos los terminales tienen un orificio en la parte trasera, dicho orificio se utiliza para introducir el extremo del cable pelado y varía su diámetro de acuerdo a la sección del cable a introducir. Asimismo, cada terminal está compuesto de dos partes: una metálica e interior que sirve de conexión eléctrica entre la parte trasera y la parte delantera del terminal, y otra parte plástica que sirve de aislante eléctrico recubriendo la zona metálica. Además, se puede ver que los plásticos aislantes son de colores distintos (rojo, amarillo, azul), ésta marca universal determina la sección máxima del cable que puede introducirse en ese terminal.

TIPOS Y USOS DE LOS TERMINALES Los terminales TEA-1/4L y TFA-1/4L, denominados comúnmente terminales “pala macho” y “pala hembra” respectivamente, son ampliamente utilizados para unir los extremos de dos cables; si la hembra no posee aislación completa (como es el caso del terminal TFAC-1/4L), se debe aislar la conexión una vez realizada. Los terminales TRMA-156L y TRHA-156L, denominados comúnmente “de espiga”, cumple la misma función que los anteriores, sólo que en este caso no requieren aislación. 123


Horacio García

Los terminales TOA-1/8L y TOAA-1/8L son del tipo ojal y se usan generalmente en tableros de comando para conectar llaves térmicas, contactores, relés, y cualquier otro elemento que posea tornillos para su fijación. La misma función cumple el terminal TUA-1/8L que es del tipo en “U”, sólo que en este caso no hace falta sacar completamente el tornillo de fijación para conectarlo. Como se ha visto en el capítulo anterior, existe una pinza para identar terminales que se usa exclusivamente para estos casos. Se ha visto que dicha pinza posee tres orificios marcados con puntos de color (rojo, amarillo y azul), pues estos orificios corresponden a los colores del plástico aislante de cada terminal, por lo que llegado el momento de identar un terminal, se coloca en la parte posterior del mismo el cable convenientemente pelado y se ubica el terminal en la pinza de acuerdo al color correspondiente, luego se presiona con firmeza y el cable queda sujeto al terminal.

INTERRUPTORES La función de estos elementos es cortar, interrumpir o atenuar el paso de la corriente eléctrica, y pueden ser para exteriores o de embutir. Además, los hay de uno, de dos y de tres puntos; es decir, unipolares, bipolares o tripolares. Un buen interruptor debe tener una gran superficie de contacto para que no se caliente, y el movimiento de sus contactos debe ser muy rápido. Podemos ver en la siguiente figura, múltiples interruptores de todo tipo y para todo uso:

Ante la gran oferta que existe en el mercado de todo tipo de interruptores, según las condiciones de uso y el fin que se pretende realizar, se limitará la explicación, descripción y uso de aquellos interruptores que se usan con mayor frecuencia en instalaciones domiciliarias. Para ello se propone clasificar a los interruptores en cuatro grandes grupos según su uso y accionamiento: 1) Interruptores de corte: Este tipo de llaves son las más utilizadas en las instalaciones eléctricas domiciliarias. Su función es cortar o interrumpir abruptamente el paso de la corriente eléctrica. Según su accionamiento, los hay a palanca (más antiguos) y a tecla (más modernos); según su uso los hay de un punto unipolar, de un punto bipolar, combinados de una vía, combinados de doble vía. Los modelos son innumerables, sólo se mostrarán unos pocos para tener una idea de lo dicho. Entonces, se pueden ver en las siguientes figuras:

124


Horacio García

Llave tecla de un punto

Llave palanca corte de 2 vías

Llave palanca corte de 1 vía

2) Interruptores de selección: Estos interruptores son utilizados generalmente cuando el usuario “selecciona”, por ejemplo, la velocidad de giro de un ventilador, o la inversión de giro de un motor, es decir que, al accionarlos se desconecta eléctricamente de una posición para conectarse en otra. Se verá, a continuación, un par de figuras que grafican la descripción:

Llave selectora rotativa

Esta llave se usa generalmente para la inversión de giro de un motor o para seleccionar distintos circuitos eléctricos. Se puede observar en la figura que para pasar de la posición 1 a la 2 (o viceversa) la palanca de accionamiento siempre pasa por el punto neutro de 0, es decir que, por un instante todo el sistema eléctrico queda sin alimentación mientras la selección esté en el punto 0. En la siguiente figura se podrá observar una llave selectora que bien podría usarse para controlar las velocidades de un motor o de un ventilador, por ejemplo:

Llave selectora rotativa de incremento

125


Horacio García

Se puede ver que ahora, la perilla de selección recorre los puntos del 1 al 10 sin pasar antes por el punto neutro o 0. Muchos confunden este tipo de interruptores con regulares de potencia, y si bien en parte tienen razón, difieren en el funcionamiento interno de cada uno: mientras este tipo de llave “corta” la alimentación cuando pasa de un punto al otro, los reguladores de potencia o de tensión mantienen siempre el contacto aún en los puntos intermedios de selección. 3) Llaves de atenuación o de control de potencia: Como se dijo anteriormente, estos controladores de potencia o de tensión no son llaves de selección en el sentido de que siempre mantienen alimentado el circuito, aún en los puntos intermedios de selección. El uso más común son los atenuadores de luz ambiente que, según sea su accionamiento pueden ser rotativos, deslizables o soft-touch; se pueden ver en las siguientes figuras:

Módulo atenuador soft-touch

Este módulo atenuador funciona con el simple contacto del dedo del usuario en el botón metálico central. Dicho contacto genera una corriente eléctrica mínima que es tomada por un circuito electrónico interior para variar la luz del ambiente.

Reóstato rotativo

Funcionamiento de un reóstato deslizable

El reóstato es un variador de potencia deslizable o rotativo diseñado para controlar potencias medias. Como se puede ver, se trata de un alambre arrollado por donde se desliza un tercer contacto. Por tanto se tienen dos contactos, uno en cada extremo del alambre arrollado y un tercero que se desliza por el arrollamiento variando de esta manera la tensión o potencia que alimentará al circuito eléctrico. Este interruptor es ideal para controlar motores chicos tales como máquinas de coser, electrodomésticos o aparatos luminosos de alta potencia. En las figuras siguientes, se podrán observar dos tipos de atenuadores de luz ambiente del tipo doméstico rotativos, cuyo funcionamiento es electrónico:

Atenuadores de baja potencia rotativos

126


Horacio García

4) Interruptores de comando: Reciben esta denominación aquellos interruptores que no dependen de la mano del usuario para ser accionados. Es decir, su funcionamiento está “comandado” por agentes externos al humano, tales como luz, gravedad, calor, movimiento, sonido, nivel, humo, etc. A continuación se verán algunos ejemplos de los mismos:

Sensor de movimiento

Sensor de movimiento y sonido

Como sus nombres lo indican, estos interruptores “detectan” movimientos o sonidos en el ambiente (tienen un alcance determinado por el fabricante) y accionan, generalmente luces, reflectores y/o sirenas; como se puede deducir su uso más generalizado es en las alarmas instaladas en las viviendas. También muy utilizado en sistemas de alarmas es el denominado interruptor “reed switch”; se ve en la siguiente figura:

Reed Switch

Este interruptor se acciona cuando detecta campo magnético, es decir cuando está cerca de un imán, los contactos dentro de la ampolla se unen y comandan un circuito secundario. Se coloca, generalmente, en puertas y ventanas; cuando éstas se abren, el imán se aleja del interruptor, los contactos se abren y se acciona la alarma o se prenden las luces, etc. Otros detectores que se instalan frecuentemente en viviendas y edificios públicos son los de calor y humos; según se ven las figuras:

Detector de calor

Detector de humo

Estos interruptores accionan un circuito de alarma y/o prevención cuando detectan calor o humo en el ambiente, posee cada uno de ellos sensores para tales fines y circuitos electrónicos para el comando. Otros interruptores de comando muy utilizados en viviendas e industrias son los detectores de nivel; se pueden apreciar en las siguientes figuras:

Sensor de ampolla de mercurio

Circuito sensor de nivel

127


Horacio García

Se puede ver en la primera figura, una ampolla de vidrio con una gota de mercurio en su interior, y dos terminales. Como se sabe el mercurio es un metal conductor que, a temperatura ambiente, se encuentra en estado líquido; esto permite que de acuerdo a la posición de la ampolla, el mercurio se deslice dentro de la misma haciendo o no contacto entre los dos terminales: cuando la ampolla está vertical, no hay contacto entre ambos terminales; cuando la ampolla está horizontal, ambos terminales hacen contacto y pueden comandar cualquier circuito secundario. Estos interruptores son muy usados para llenar de manera automática los tanques de agua en las viviendas o cualquier recipiente con líquido en las industrias; posee la ventaja de ser económico, fácil de instalar y no requiere demasiada tecnología para que funcione correctamente. En la otra figura, se puede observar un circuito de control de nivel electrónico simple; sólo se muestra con fines ilustrativos. Finalmente, y con la seguridad de ser el más utilizado en todas las viviendas, se tiene el detector de luz o fotocélula; se pueden ver en las figuras:

LDR

Diagrama de conexión de un LDR

En la figura de la izquierda se puede ver claramente como el filamento detector está expuesto a la luz ambiente, pero protegido por una membrana plástica; este filamento está compuesto por sulfato de cadmio que es sensible a los cambios de luz. Los LDR (siglas en inglés de “resistencia detectora de luz”) se ofrecen en el mercado en innumerables modelos y tamaños, pero todos tienen el mismo principio de funcionamiento: cuando la luz decrece, la resistencia aumenta y también, cuando la luz decrece, la resistencia disminuye. La figura de la derecha muestra el diagrama de conexión de un LDR. Estos interruptores de comando son utilizados, generalmente, para controlar las luces exteriores de una vivienda o cualquier edificio o industria: cuando se hace de noche (la luz decrece), se encienden las luces exteriores, cuando llega el día (la luz aumenta), las luces se apagan.

PULSADORES Este tipo de interruptores de corte tienen la particularidad de que su accionamiento no sólo es manual sino que, además, carecen de retención; es decir, los contactos están unidos mientras alguien mantenga presionado el botón de accionamiento, cuando éste se suelta, los contactos se separan. En las figuras podemos ver un modelo de pulsador y su distribución interior:

Pulsadores varios

Diagrama interno

En la figura de la izquierda se puede ver claramente como al presionar el botón de accionamiento, el resorte se comprime y la placa une los contactos de los tornillos. 128


Horacio García

También se puede deducir que al soltar el botón, el resorte intentará volver a su estado original alejando la placa de los contactos.

TOMACORRIENTES Estos elementos permiten conectar artefactos eléctricos en los diversos ambientes de una vivienda, y también pueden ser de embutir o para exteriores. Se utilizan, además, los de tres bornes, uno de los cuales es puesto a tierra, para evitar el peligro de descargas entre el circuito eléctrico y el usuario. A continuación, se verán algunos modelos de tomacorrientes con puesta a tierra, que varían de acuerdo a las normas vigentes en cada país. Los ejemplos más ilustrativos son los que se usan en la Argentina: dos orificios planos oblicuos y un orificio plano vertical; los que se usan en los países cuya tensión de alimentación es de 110 volts: dos orificios planos, verticales y paralelos y un orificio redondo para la puesta a tierra; y por último, el tomacorriente de tipo “Steck” que se está intentando imponer en todo el mundo y consta de dos orificios redondos y placas metálicas en los laterales para la puesta a tierra. Se pueden ver en las siguientes figuras:

Tomacorriente con puesta a tierra para 220 volts

Tomacorriente con puesta a tierra para 110 volts

Tomacorriente con puesta a tierra del tipo Steck

Los tomacorrientes ilustrados son para modulares para embutir. En la siguiente figura se puede observar un diagrama eléctrico de conexión para un tomacorriente con puesta a tierra. Se debe aclarar que el color de los cables es según normas argentinas: rojo, marrón o negro para las fases RST (en este caso, rojo), celeste para el cable de neutro, verde y amarillo para el cable de puesta a tierra (en este caso verde) y, finalmente, blanco o gris para el cable de retorno.

129


Horacio García

Se puede ver, entonces que tanto la fase (rojo) como el neutro (celeste) están conectados a los orificios planos oblicuos, y el cabe de puesta a tierra (verde) al orificio plano vertical. No está de más aclarar que en la parte trasera de todos los tomacorrientes, en donde están los tornillos de sujeción para los cables, uno de ellos tiene marcada una “N”, en ese tornillo debe conectarse el cable de neutro.

ENCHUFES Estos materiales son los elementos complementarios de los tomacorrientes, sin enchufes los tomacorrientes no tendrían sentido. Por supuesto hay una gran variedad en el mercado de acuerdo a las necesidades del usuario y a las capacidades de la instalación, por ejemplo:

No obstante, sólo se verán aquellos que se complementan con los tomacorrientes antes detallados. Según se indican en las siguientes figuras:

Enchufe con puesta a tierra

Diagrama

En su parte interior, el conexionado de un enchufe es bastante intuitivo; en este caso se mostrará el interior de un enchufe monofásico sin puesta a tierra, pero básicamente la conexión no varía con los otros modelos:

Interior de un enchufe monofásico sin puesta a tierra

Los otros modelos de enchufes que complementan a los tomacorrientes ya vistos son:

Enchufe para 110 volts

130

Enchufe del tipo Steck


Horacio García

PORTALÁMPARAS Estos elementos están diseñados para alojar, mediante un casquillo roscado, a las lámparas. Según el tipo de lámpara que se desea usar, será el portalámparas que el operario deberá instalar. El mercado ofrece una gran variedad de lámparas según las necesidades de iluminación de los usuarios y, por lo tanto, será entonces igual la oferta de portalámparas para alojar dichas lámparas. Se pueden ver algunos, diseñados para instalaciones domiciliarias, en la siguiente figura:

Varios tipos de portalámparas

No obstante, como las lámparas que se verán en capítulos posteriores coinciden con los portalámparas aquí mostrados, este párrafo se limitará a mostrar y describir sólo este tipo de elemento. Como se puede observar en la figura, los portalámparas poseen dos cable de salida, es decir, dos contactos; unos de ellos es el casquillo metálico y roscado en donde se enrosca la lámpara y el otro contacto es el botón metálico que se halla en el fondo del portalámparas (se aconseja conectar el cable de retorno en éste contacto para evitar accidentes a la hora de cambiar una lámpara). La siguiente figura muestra un portalámparas común en corte longitudinal para tener una mejor idea de lo dicho:

Vista en corte de un portalámparas común

Se puede apreciar, denominado con el número 21 el casquillo metálico que corresponde a uno de los contactos; mientras que el otro contacto es la zona no sombreada a la izquierda de la figura. Del mismo tipo, sólo que diseñado para instalaciones eléctricas exteriores es el portalámparas que se muestra a continuación, donde se puede apreciar los orificios laterales para ser amurado:

Portalámparas para instalaciones exteriores

Otros tipos de portalámparas usados en instalaciones eléctricas domiciliarias son aquellos diseñados para alojar las lámparas halógenas dicroicas bi-pin, tal como pueden verse en las figuras:

131


Horacio García

Portalámparas bi-pin

Portalámparas bi-pin de ¼ de vuelta

Estos portalámparas son instalados, generalmente, en las cocinas, baños, o para iluminación de entrada de las viviendas; también son muy utilizados en vidrieras y cualquier lugar que requiera luz intensa y focalizada.

CAÑERÍAS, ACCESORIOS Y USOS Introducción: Los conductores suelen alojarse en cañerías, las que pueden estar embutidas en los muros, o correr sujetas a los mismos, o inclusive colocarse enterradas en el suelo. Además, los elementos de maniobra tales como llaves interruptoras y tomacorrientes, se fijan en cajas especialmente diseñadas para estos fines. Es entonces necesario examinar todos los tipos de caños y cajas que se producen industrialmente, como también los accesorios que permiten empalmarlos y fijarlos entre sí. Caños de hierro negro liviano: Los caños de hierro son del tipo “con costura” y se someten, luego de fabricados, a un proceso de recocido (tratamiento térmico) para darles propiedades, tales como el curvado en frío. Se fabrican en tres calidades fundamentales: 1) Pesados: Son de precio elevado y, actualmente se emplean muy poco. 2) Semipesados: Se utilizan en obras de alto costo, o características muy especiales. 3) Livianos: Son los que se utilizan comúnmente, sobre todo en instalaciones eléctricas de inmuebles. Este apartado se dedicará, especialmente a la descripción de los mismos.

Caño liviano y accesorios

Los caños livianos se fabrican en tramos de tres metros de largo y tienen ambos extremos roscados. Los empalmes se ejecutan con acoplamientos llamados “cuplas” o “niples”. Estos caños, cuando están embutidos en el hormigón quedan preservado s de la oxidación, por la acción selladora del cemento. Estos caños se fijan a las cajas de pared y de techo por medio de tuerca y boquilla, tal como se ilustra en la siguiente figura: 132


Horacio García

Acometida de una caño sin roscar a una caja

Este tipo de caño ya no se utiliza tanto para canalizaciones embutidas, sino en instalaciones “a la vista” en interiores, en donde el caño y sus accesorios pasan a ser, además, un elemento decorativo del ambiente.

Manguera corrugada: La manguera corrugada fue muy utilizada en instalaciones domiciliarias debido a su bajo costo, su gran flexibilidad y su alta duración en canalizaciones embutidas o a la vista en interiores.

Manguera corrugada

Cuando hizo su aparición en el mercado la manguera semirrígida de PVC, la manguera fue dejándose de usar y hoy sólo está restringido al uso por su bajo costo. Como puede observarse en la figura, la manguera está confeccionada de plástico ignífugo, de colores y secciones variables según las necesidades y presenta “arrugas” o “anillos” unidos entre sí. Debido a su particular construcción, en su uso esta manguera presenta algunos problemas al momento de pasar la cinta pasacables por su interior. Y justamente los problemas surgen en ocasión de sus virtudes. Su gran flexibilidad tentaba al operario a realizar curvas o codos muy cerrados que más tarde se transformaban en obstáculos para la cinta pasacables; además, cuando se utilizaba en instalaciones a la vista, la manguera tendía a pandearse (doblarse) en los tramos demasiado largos, esto obligaba al operario a colocar los elementos de fijación muy próximos entre sí para evitar dicho inconveniente. Otro de los problemas se debía a su aspecto constructivo, como es una manguera compuesta por “anillos” o “arrugada” (no lisa), retenía con gran facilidad los restos de revoque o mampostería que caían en su interior, provocando, de esta manera, un grave inconveniente al momento de pasar la cinta, ya que se producían obstrucciones muy difíciles de quitar. Finalmente, se debe aclarar que los accesorios que utilizaba esta manguera son los mismos que los que se utilizan en los caños livianos.

Manguera plástica semirrígida: Es la manguera más utilizada actualmente, aunque su costo es un poco más elevado que el de la manguera corrugada, ha logrado solucionar todos los inconvenientes mencionados anteriormente.

Manguera semirrígida de PVC

133


Horacio García

Como puede verse en la foto, hay un modelo para cada necesidad y, además, cada modelo está confeccionado de manera distinta, por ejemplo, las mangueras de buena calidad para instalaciones domiciliarias, tienen al menos tres capas superpuestas de diferentes materiales que cumplen funciones distintas: una capa le proporciona resistencia a la tracción y al estrangulamiento, otra capa logra que la manguera sea ignífuga (resistente al fuego), otra capa aísla los cables en su interior de la humedad, otra capa los aísla de las corrientes de fuga y campos magnéticos; en fin, y como se mencionó anteriormente, es la más usada actualmente por una cuestión de costo respecto al beneficio que nos brinda. Ya no existen problemas de obstrucciones de ningún tipo, ni de humedad acumulada en su interior, y tanto la cinta pasacables como los cables se deslizan sin dificultad ofreciendo al operario mayor eficiencia en su trabajo. Además, como se fabrican en medidas estándar, se pueden utilizar los mismos accesorios que para los caños livianos.

Cable canal: El cable canal surge como una alternativa de canalización rápida, eficiente y segura a la hora de extender o ampliar una instalación eléctrica con elemento que no se han previsto o, más generalmente, utilizado como salida rápida en edificios de oficinas o comercios.

Cable canal

Se puede observar las partes que constituyen el cable canal para darse una idea de su extremadamente fácil colocación y, sobre todo, en caso de algún problema eléctrico, su cómoda inspección. Se ve, en primer lugar, una bandeja con perforaciones en su base para ser amurada fácilmente, y una serie de enrejado que le proporciona la posibilidad de disipación del calor generado por los cables cuando el consumo es elevado. Luego se nota una tapa de fácil colocación que engancha en el enrejado a modo de cubrir los cables que se alojan en su interior.

Cable canal para interiores con todos sus accesorios

Como se puede apreciar, para realizar una instalación (sin embutir y para interiores) con cable canal se cuenta con todos los accesorios, cajas y tamaños disponibles. Actualmente, se está fabricando el sistema de cable canal, apuntando a la estética del mismo para que sea compatible con los diversos ambientes de cualquier inmueble. 134


Horacio García

CAJAS Introducción: Al llegar los caños con sus conductores en el interior al lugar de utilización de la energía eléctrica, se coloca una caja. Si se trata de una boca de techo, de donde penderá o a donde se fijará un artefacto luminoso, la caja será de tipo octogonal. Para las bocas de pared, destinadas a los artefactos de tipo “aplique”, también puede emplearse una caja octogonal. En los lugares en donde se colocará un tomacorriente o un interruptor, se coloca una caja rectangular. Tanto las cajas octogonales como las rectangulares, presentan unos círculos. Se trata de lugares ejecutados por medio de estampado en el proceso de fabricación, y que son fácilmente removibles, dejando libre un agujero circular en donde se colocará el fin del caño. Las cajas se alojan en cavidades efectuadas en la pared si la canalización es embutida, o simplemente amurada con tornillos a la pared si la instalación es a la vista. Cajas rectangulares: Como se mencionó anteriormente, las cajas rectangulares, tanto embutidas como amuradas, sirven para instalar los elementos que componen una instalación eléctrica, tales como módulos interruptores o tomacorrientes; para ello, en primer lugar se fijan los elementos en un bastidor y luego éste se atornilla en los orificios que presenta la caja rectangular en las “orejas” del frente. Los orificios circulares que presenta en sus laterales, en el fondo, en la parte superior y en la parte inferior, son para efectuar la acometida de los caños que llegan a la caja y que pueden arribar desde cualquier dirección. Es considerable mencionar que en este tipo de cajas “no se realizan empalmes”, y esto se debe a una razón muy simple: una vez colocados los elementos con su respectivo bastidor, en la caja queda muy poco espacio para que pueda realizarse un empalme; además, dicho empalme podría provocar que algunos de los cables conectados se suelte del elemento y genere un cortocircuito en el sistema. En el diagrama de la derecha puede apreciarse que estas cajas se deben fabricar bajo normas estrictas de tamaño y calidad. No sólo el tamaño propiamente dicho de la caja, sino además, se deben respetar las distancias establecidas entre los orificios de roscado del bastidor, como así también el tipo de rosca, los diámetros de los orificios circulares de acometida y las distancias de éstos respecto a las paredes de la caja. Es por ello que se recomienda no utilizar cajas deformadas o con notables deterioros en su estructura.

Caja rectangular

Diagrama

Cajas octogonales: Estas cajas no sólo se diferencian de las anteriores por su forma, sino también, por sus funciones. Anteriormente se mencionó que dichas cajas son utilizadas para colgar artefactos luminosos del techo, o para instalar apliques en las paredes, además de esto, las cajas octogonales son las ideales para realizar los empalmes que se requieran necesarios. Al igual que las rectangulares, constan de agujeros circulares de acometida de caños y “orejas” con perforaciones roscadas para colocar una tapa. Según se ve en las figuras:

135


Horacio García

Caja octogonal grande

Diagrama

Al tener ocho laterales y, por lo tanto, también ocho agujeros circulares, estas cajas permiten hacer una excelente distribución de caños y cables hacia todos los habientes del inmueble. Por ello se decía anteriormente que son ideales para realizar empalmes ya que de cada una de estas cajas pueden derivarse circuitos individuales que alimenten de energía eléctrica cada ambiente.

Cajas estancas para exteriores: Las instalaciones eléctricas en el exterior de los inmuebles es, sino un problema, al menos un proceso dificultoso a la hora de conseguir elementos que no se deterioren con el tiempo y los agentes climáticos. Es por ello que los fabricantes han lanzado al mercado un producto que, complementado con los caños de PVC, permiten hacer las canalizaciones exteriores seguras y confiables. En la siguiente figura podemos ver algunos modelos de cajas estancas (herméticas) para exteriores:

Cajas estancas para c analizaciones exteriores

Se puede apreciar la variedad de modelos que cumple, cada uno, una función distinta: derivación, instalación de módulos eléctricos (interruptores y tomacorrientes), etc. Este tipo de instalación está especialmente diseñado y construido para funcionar en el exterior del inmueble ya sea para iluminación (piscinas, parques, plazas, etc.) o para fuerza motriz (motores, bombas, etc.).

136


Horacio García

CAPÍTULO 3 LÁMPARAS

   



Lámpara incandescente: Introducción. Elementos que la componen. Funcionamiento. Lámpara halógena: Introducción. Estructura. Funcionamiento. Ventajas. Desventajas. Lámpara fluorescente: Introducción. Elementos que la componen. Emisión de luz fluorescente. Funcionamiento. Ventajas. Desventajas. Lámpara de bajo consumo o CFL (Compact Fluorescent Lamp): Introducción. Partes de una lámpara CFL. Funcionamiento. Características. Ventajas. Lámpara de descarga: Introducción. Funcionamiento. Elementos auxiliares. Eficacia. Carateísticas. Factores externos que influyen en el funcionamiento. Partes de una lámpara. Tipos de lámpara de descarga.

137


Horacio García

LÁMPARA INCANDESCENTE Introducción: Durante el siglo XIX, los físicos se empeñaron en encontrarle aplicación práctica a la corriente eléctrica poniendo todo su empeño en crear un dispositivo que fuera capaz de crear luz artificial. El primer elemento eléctrico de iluminación artificial que permitió verdaderamente su comercialización alcanzando inmediata popularidad, fue la lámpara de filamento incandescente desarrollada por el inventor norteamericano Thomas Alva Edison, en 1878. Desde su creación la lámpara eléctrica incandescente no ha sufrido prácticamente variación alguna en su concepto original. Posiblemente sea éste el dispositivo eléctrico más sencillo y antiguo que existe y el que más aporte ha brindado también al desarrollo de la humanidad.

Diversos tipos de lámparas incandescentes

Elementos que la componen: Como se puede apreciar al observar una lámpara incandescente normal, ésta posee una estructura extremadamente sencilla. Consta de un casquillo metálico con rosca (en algunos casos liso, tipo bayoneta) y un borne en su extremo, aislado del casquillo. Tanto el casquillo como el borne, permiten la conexión a los polos de fase y neutro de una fuente de corriente eléctrica. Lo más aconsejable es conectar la parte del casquillo al neutro de la fuente, y el borne a la fase de la fuente.

Lámpara incandescente

Al casquillo metálico de la lámpara y al borne situado en su extremo, se encuentran soldados dos alambres de cobre que se insertan después por el interior de un tubo hueco de cristal ubicado internamente en la parte central de una ampolla del mismo material y de la cual forma parte. Cerca del extremo cerrado de ese tubo hueco los dos alambres lo atraviesan y a sus puntas se sueldan los extremos del filamento de tungsteno. La bombilla de cristal se sella al vacío y en su interior se inyecta un gas inerte, como, por ejemplo, argón (Ar), que ayuda a prolongar la vida del filamento.

138


Horacio García

La cantidad de luz que emite una lámpara incandescente depende fundamentalmente de la potencia que tenga en watts. La longitud del alambre del filamento, y el tamaño y forma de la bombilla de cristal dependen directamente también de la potencia que tenga la lámpara, por lo que una de 25 watts será mucho más pequeña si la compara con otra de 500 watts. La siguiente tabla muestra el rendimiento de las lámpara según la potencia:

Funcionamiento: En la mayoría de los casos junto con la luz se genera también calor, es la forma más común de excitar los átomos de un filamento para emita fotones y alcance el estado de incandescencia. Normalmente cuando la corriente fluye por un cable en un circuito eléctrico cerrado, disipa siempre energía en forma de calor debido a la fricción o choque que se produce entre los electrones en movimiento. Cuando un cable posee la sección adecuada, las cargas eléctricas fluyen normalmente y la energía que liberan los electrones en forma de calor es despreciable. Sin embargo todo lo contrario ocurre cuando esas mismas cargas eléctricas o electrones fluyen a través de un alambre de metal extremadamente fino, como es el caso del filamento que emplean las lámparas incandescentes. Al ser ese alambre más fino y ofrecer, por tanto, más resistencia al paso de la corriente, las cargas eléctricas encuentran mayor obstáculo para moverse, incrementándose la fricción. Cuando las cargas eléctricas atraviesan atropelladamente el metal del filamento de una lámpara incandescente, provocan que la temperatura del alambre se eleve a 2500°C aproximadamente. A esa temperatura tan alta, los electrones que fluyen por el metal de tungsteno, comienzan a emitir fotones de luz blanca visible, produciéndose el fenómeno físico de la incandescencia. Por tanto, la fricción que producen las cargas eléctricas al atravesar el filamento es la responsable del excesivo calentamiento que experimentan las lámparas incandescentes cuando se encuentran encendidas. En general, este tipo de lámpara es poco eficiente, pues junto con las radiaciones de luz visible emiten también radiaciones infrarrojas en forma de calor. Sólo el 10% de la energía eléctrica consumida por una lámpara incandescente se convierte en luz visible, ya que el 90% restante se disipa al medio ambiente en forma de calor.

Rendimiento de una lámpara incandescente

139


Horacio García

LÁMPARA HALÓGENA Introducción: El primer intento para obtener más intensidad de luz con menos consumo de potencia eléctrica fue tratando de incrementar la temperatura del filamento de tungsteno (también llamado wolframio), lo que terminó en un rotundo fracaso. Debido al proceso de evaporación que sufre normalmente el tungsteno dentro de cualquier tipo bombilla incandescente mientras se encuentra encendida, su deterioro se aceleraba aún más cuando se incrementaba la temperatura, el cristal de protección se ennegrecía muchos más rápido de los normal y, finalmente, la lámpara terminaba fundiéndose. Entre intentos y fracasos se sustituyó el gas argón utilizado en las lámparas incandescentes comunes por un elemento halógeno, que permitió incrementar la temperatura del filamento. Es decir, se agregó una pequeña cantidad de un compuesto gaseoso con halógenos (cromo, bromo o yodo), al gas de relleno, y se consiguió establecer un ciclo de regeneración del halógeno que evita el ennegrecimiento. Además, en lugar de utilizar el cristal común, incapaz de soportar la altísima temperatura a la que era necesario someter el filamento de la nueva lámpara, se empleó cristal de cuarzo. De esa forma, en 1959, surgió una nueva lámpara incandescente, completamente diferente a la conocida hasta ese momento, que bautizaron con el nombre de “lámpara halógena de tungsteno” o “lámpara de cuarzo”. Era una lámpara más pequeña y eficiente comparada con sus antecesoras de igual potencia, pero con la ventaja añadida de brindar una iluminación mucho más brillante y con un tiempo de vida útil más prolongado. Estructura: La estructura de una lámpara halógena es extremadamente sencilla, pues consta prácticamente de los mismos elementos que las incandescentes comunes. Sus diferente partes se pueden resumir en: un bulbo, o en su defecto, un tubo de cristal de cuarzo, relleno con gas halógeno; el filamento de tungsteno con su correspondiente soporte; y las conexiones exteriores. En las siguientes figuras se verán algunos modelos de lámparas halógenas y sus componentes:

Halógena común

Halógena dicroica bi-pin

Halógena dicroica ¼ vuelta

Estas lámparas se pueden encontrar con diferentes formas, tamaños, versiones y potencia en watts. Normalmente se fabrican algunos modelos para trabajar con 110 o 220 volts de tensión y otros con 12 volts, utilizando un transformador reductor de tensión o voltaje. Sus formas más comunes son: lineales, de cápsula o estándar y dicroica reflectora. Para su conexión a la corriente eléctrica las lámparas lineales poseen un borne en cada extremo, mientras que las de cápsula o dicroicas reflectoras se fabrican con dos patillas o pines, aunque también se las puede encontrar de cápsula con rosca.

140


Horacio García

Funcionamiento: El principio de funcionamiento de una lámpara halógena es muy similar al de una lámpara incandescente común. En los dos tipos de lámpara, la incandescencia que produce la luz visible se basa en la altísima temperatura de calentamiento que alcanza el filamento. Cuando el filamento alcanza la temperatura más alta que puede soportar y comienza el proceso de evaporación, los átomos de tungsteno se gasifican y se expanden buscando la superficie interior de la cápsula de cristal de cuarzo. Al llegar a la superficie del cristal, la temperatura del cristal desciende a unos 800°C aproximadamente. Bajo esas circunstancias, los átomos del tungsteno reaccionan espontáneamente con el gas halógeno y se transforman en otro gas conocido como halogenuro de tungsteno. Inmediatamente el nuevo gas que se ha formado tiende a retornar hacia el centro de la lámpara donde se encuentra situado el filamento deteriorado. Debido a que el halogenuro de tungsteno es un gas inestable, cuando sus moléculas reciben directamente el calor del filamento, se descomponen en forma de tungsteno metálico, que se deposita como tal en el filamento y lo reconstituye. Este proceso permite al filamento reciclarse y aportar mucho más tiempo de vida útil (entre 3 mil y 10 mil horas, dependiendo del tipo de lámpara halógena), en comparación con las mil horas de explotación que permite una lámpara incandescente común. Todo este proceso llamado “ciclo del halógeno” se mantiene ininterrumpidamente durante todo el tiempo que la lámpara permanece encendida.

Ciclo del halógeno

Ventajas e inconvenientes Ventajas: 1) Emiten una luz un 30% más blanca y brillante empleando menos potencia en watts. 2) Son más eficientes, por lo que consumen menos energía eléctrica por lumen de intensidad de luz aportado. 3) Son mucho más pequeñas comparadas con una incandescente normal de la misma potencia en watts. 4) No pierden intensidad de luz con las horas de trabajo, pues los vapores de tungsteno no ennegrecen la envoltura del cristal de cuarzo. 5) Prestan un mayor número de horas de servicio. 6) La mayoría de los modelos se conectan directamente a la red de distribución eléctrica doméstica de 220 volts. Desventajas: 1) Al igual que ocurre con las lámparas incandescentes comunes, las halógenas consumen más energía disipando calor al medio ambiente que emitiendo luz, aunque su rendimiento es más económico. 2) Debido a que el filamento se encuentra muy cerca de la envoltura, el cristal se calienta excesivamente. 3) Emiten radiaciones ultravioleta junto con la luz blanca visible, por lo que para utilizarla como lámpara de lectura se recomienda colocarle delante un cristal común de protección para que absorba esas radiaciones. 4) No se pueden tocar directamente con los dedos, pues el sudor o la grasa de las manos altera la composición química del cristal de cuarzo. Esa reacción conocida como “desvitrificación”, deteriora la cápsula o el tubo de protección, provocando que el filamento se funda. 141


Horacio García

Las lámparas halógenas tienen también un amplio y eficiente empleo en la iluminación del hogar, tiendas comerciales, oficinas, faros delanteros de los automóviles, etc. Su eficiencia luminosa alcanza entre 20 y 25 lm/W (lúmenes por watt de consumo) en comparación con los 10 o 18 lm/W que aporta una lámpara incandescente.

LÁMPARA FLUORESCENTE Introducción: En la actualidad las lámparas fluorescentes se han convertido en el medio de iluminación de uso más generalizado en comercios, oficinas, sitios públicos, viviendas, etc. La tecnología más antigua conocida en las lámparas fluorescentes es la del encendido por precalentamiento. De ese tipo de lámparas aún quedan millones funcionando en todo el mundo a pesar del avance tecnológico que han experimentado en estos últimos años y las nuevas variantes que se han desarrollado. Sin embargo, su principio de funcionamiento no ha variado mucho desde 1938 cuando se introdujeron las primeras en el mercado. Elementos que la componen: Las partes principales que componen una lámpara fluorescente son: 1) Soportes o zócalos: Son los elementos sobre los que se montarán el tubo fluorescente y el cebador o arrancador. La siguiente figura ilustra lo dicho:

Zócalos y conexión de tubo fluorescente

2) Tubo de descarga: El cuerpo o tubo de descarga de las lámparas fluorescentes se fabrican de vidrio, con diferentes longitudes y diámetros. La longitud depende fundamentalmente, de la potencia en watts que desarrolle la lámpara. El diámetro, por su parte, se ha estandarizado a milímetros en la mayoría de los tubos. Los más comunes y de uso más generalizado tienen forma recta, aunque también se pueden encontrar de forma circular.

Modelos de tubos fluorescentes

La parte interior del tubo se encuentra recubierta con una capa de sustancia fosforescente o fluorescente, cuya misión es convertir los rayos de luz ultravioleta (que se generan dentro y que no son visibles para el ojo humano), en radiaciones de luz visible. Para que eso ocurra, su interior se encuentra relleno con un gas inerte, generalmente argón (Ar) y una pequeña cantidad de mercurio (Hg) líquido. El gas argón se encarga de facilitar el surgimiento del 142


Horacio García

arco eléctrico que posibilita el encendido de la lámpara, así como de controlar también la intensidad del flujo de electrones que atraviesa el tubo.

Funcionamiento atómico del tubo

3) Casquillos: La mayoría de los tubos fluorescentes rectos poseen en cada uno de sus extremos un casquillo con dos patillas o pines de contactos eléctricos externos, conectados interiormente con los filamentos de caldeo o de precalentamiento. Estos filamentos están fabricados con metal de tungsteno (wolframio), recubiertos de calcio (Ca) y magnesio (Mg) y su función principal en los tubos de las lámparas fluorescentes es calentar previamente el gas argón que contienen en su interior para que se puedan encender.

Interior de un casquillo

El recubrimiento de calcio y magnesio que poseen los filamentos facilita la aparición del flujo de electrones necesario para que se efectúe el encendido de la lámpara. En medio de ese proceso, los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, a través de los cuales se establece ese flujo de corriente o de electrones.

Funcionamiento del tubo fluorescente

143


Horacio García

4) Cebador o arrancador: Las lámparas fluorescentes por precalentamiento utilizan un pequeño dispositivo durante el proceso inicial de encendido llamado cebador, arrancador, o encendedor térmico (starter). Este dispositivo se compone de una lámina bimetálica encerrada en una cápsula de cristal rellena de gas neón (Ne). Esta lámina tiene la propiedad de curvarse al recibir el calor del gas neón cuando se encuentra encendido con el objetivo de cerrar un contacto que permite el paso de la corriente eléctrica a través del circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador.

Exterior e interior de un c ebador Se pueden ver la ampolla con la lámina bimetálica y el capacitor

Conectado en paralelo con la lámina bimetálica, se encuentra un capacitor antiparasitario, encargado de evitar que durante el proceso de encendido se produzcan interferencias audibles en un receptor de radio o ruidos visibles en la pantalla de algún televisor que se encuentre funcionando cerca de la lámpara. Otra variante de la lámpara fluorescente es la de encendido rápido, que no requiere cebador, pues los electrodos situados en los extremos del tubo se mantienen siempre calientes. Otras lámparas poseen encendido instantáneo y tampoco utilizan cavador. Este tipo de lámparas carece de filamentos y se enciende cuando se le aplica directamente a los electrodos una tensión o voltaje mucho más elevado que el empleado para el resto de las lámparas fluorescentes. Por otra parte, en la actualidad, la mayoría de las lámparas fluorescentes de tecnología más moderna, sustituyen el antiguo cebador por un dispositivo de encendido rápido, mucho más eficiente que todos los demás sistemas desarrollados anteriormente, conocido como balasto electrónico. 5) Balasto: El balasto electromagnético fue el primer tipo de inductancia que se utilizó en las lámparas fluorescentes. Consta de un transformador de corriente o reactancia inductiva, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Los balastos de este tipo constan de las siguientes partes: Núcleo: Parte fundamental del balasto. Lo compone un conjunto de chapas metálicas que forman el cuerpo o parte principal del transformador, donde va colocado el enrollado de alambre de cobre. Carcasa: Envoltura metálica protectora del balasto. Del enrollado de los balastos magnéticos comunes salen dos o tres cables (en dependencia de la potencia de la lámpara), que se conectan al circuito externo, mientras que de los balastos electrónicos salen cuatro. Sellador: Es un compuesto de poliéster que se deposita entre la carcasa y el núcleo del balasto. Su función es actuar como aislante entre el enrollado, las chapas metálicas del núcleo y la carcasa. Capacitor o filtro: Se utiliza para mejorar el factor de potencia de la lámpara, facilitando que pueda funcionar más eficientemente. Desde el punto de vista de la operación de la lámpara fluorescente, la función del balasto es la de generar el arco eléctrico que requiere el tubo durante el proceso de encendido y mantenerlo posteriormente, limitando también la intensidad de corriente eléctrica que fluye por el circuito del tubo. 







144


Horacio García

Los balastos magnéticos de uso más extendidos se fabrican para que puedan trabajar conectados a una línea de suministro eléctrico de 220 volts de corriente alterna y 50 hertz (Hz) de frecuencia. De acuerdo con la forma de encendido de cada lámpara, así será el tipo de balasto que utilice. Las formas de encendido más generalizadas en los tubos de lámparas fluorescentes más comunes son los siguientes: Por precalentamiento (el sistema más antiguo). Rápido. Instantáneo. Electrónico (el sistema más moderno).    

Emisión de luz fluorescente: La luz en sí misma constituye una forma de energía que puede liberar como fotón el átomo de un determinado elemento químico. El fotón se caracteriza por ser una pequeñísima partícula poseedora de energía, pero carente de masa, a diferencia de los elementos químicos o de cualquier tipo de materia. Para que un átomo libere fotones de luz es necesario excitar algunos de sus electrones, empleando medios físicos o químicos. Dada la fuerte atracción que ejerce el núcleo de un átomo sobre los electrones que giran a su alrededor en sus correspondientes órbitas, no es normal que éstos la abandonen por sí mismos si no son excitados por un agente externo. Sin embargo, cuando eso ocurre el electrón salta a otra órbita superior dentro del mismo átomo, que al encontrarse más alejada del núcleo posee mayor nivel de energía. Debido a la atracción que continúa ejerciendo siempre el núcleo del átomo sobre sus electrones, aquel que abandona su órbita es obligado a que, en fracciones de segundo, se reincorpore a la suya propia. En ese momento, la energía extra que adquirió el electrón en la otra órbita la libera en forma de fotón de luz. El hecho de que un fotón de luz sea visible o no para el ojo humano depende, fundamentalmente, del tipo de átomo excitado y de la longitud de onda y frecuencia que posea dicho fotón dentro del espectro electromagnético. El tubo de descarga de lámpara de luz fluorescente, los electrones libre y los iones de un gas inerte contenido en su interior, como el gas argón (Ag) en este caso, crean las condiciones necesarias para la creación de un puente de plasma a través del cual puede fluir la corriente eléctrica. Cuando los electrones libres se pueden mover en el puente de plasma, colisionan con los electrones de gas de mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo y los saca de sus órbitas. De inmediato el núcleo de los átomos de mercurio obliga a que los electrones despedidos se reintegren de nuevo a sus correspondientes órbitas, a la vez que liberan fotones de luz ultravioleta, invisible para el ojo humano. Al mismo tiempo, para que se pueda obtener luz visible, los fotones de luz ultravioleta liberados impactan sobre la capa fosforescente que recubre la pared interior del tubo de cristal de la lámpara, excitando los electrones de los átomos de fósforo (P) contenidos en éste. El impacto saca de sus órbitas a los electrones de los átomos de fósforo, los que son atraídos y obligados a reincorporarse de nuevo a sus correspondientes órbitas. En ese instante liberan fotones de luz blanca fluorescente visible para el ojo humano. Ese proceso provoca que el tubo de descarga de la lámpara fluorescente se ilumine, proporcionando luz. El color de la luz que emiten los tubos de las lámparas fluorescentes depende de la composición química de la capa de fósforo que recubre su interior. Es por eso que dentro de la gama de luz blanca que emiten estos tubos podemos encontrar variantes de blancos más cálidos o más fríos. Incluso se fabrican también tubos fluorescentes que emiten luz verde, amarilla o roja. 145


Horacio García

Como en el proceso de encendido las lámparas fluorescentes utilizan sólo por breves instantes los filamentos de tungsteno, no da tiempo a que se calienten tanto como ocurre con las lámparas incandescentes. Así, por ser mucho menor la pérdida de energía por disipación de calor al medio ambiente, el consumo eléctrico se reduce en un alto porcentaje. Esto las convierte en una fuente emisora de luz más económica, eficiente y duradera si se las compara con las lámparas incandescentes.

Funcionamiento: 1) Cuando se activa el interruptor de una lámpara de luz fluorescente que se encuentra conectada a la red doméstica de corriente alterna, los electrones comienzan a fluir por todo el circuito eléctrico incluyendo el circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador o arrancador. 2) El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda. El calor que provoca el gas neón encendido hace que la plaquita bimetálica que forma parte de uno de los dos electrodos del cebador se curve y cierre un contacto eléctrico dispuesto entre ambos electrodos. 3) Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente eléctrica necesaria para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón. 4) Los filamentos de tungsteno encendidos provocan la emisión de electrones por caldeo o calentamiento y la ionización del gas argón contenido dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente, se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el interior del tubo, entre un filamento y otro. 5) La plaquita bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto entre los dos electrodos. De esa forma el flujo a través del circuito de derivación se interrumpe, provocando dos acciones simultáneas: Los filamentos de la lámpara se apagan cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el circuito en derivación. El campo electromagnético que crea, en el enrollado del balasto, la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se genere una fuerza contraelectromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta de un extremo al otro del tubo valiéndose de los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara. 6) Bajo estas nuevas condiciones, la corriente de electrones, que en un inicio fluía a través del circuito en derivación de la lámpara donde se encuentra conectado el cebador, comienza a hacerlo ahora atravesando interiormente el tubo de un extremo al otro, valiéndose de los dos electrodos. 7) La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo provoca que los electrones comiencen a chocar con los átomos del gas argón, aumentando la cantidad de iones y de electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que permite que éstos se muevan de un extremo al otro del tubo. 8) Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los átomos de mercurio contenidos también dentro del tubo, que han pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos electrones dentro del tubo. Los choques de los átomos libres contra los átomos de mercurio excitan a sus electrones haciendo que liberen fotones de luz ultravioleta. 



146


Horacio García

9) Los fotones de luz ultravioleta, invisible para el ojo humano, impactan a continuación contra la capa de fósforo que recubre la pared interior del tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos de fósforo, lo que emiten, a su vez, fotones de luz visible, que hacen que el tubo se ilumine con una luz fluorescente blanca. 10) El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hacen que éstos se mantengan calientes (a pesar de que los filamentos se encuentran ya apagados). Mantener calientes esos dos electrodos se hace necesario para que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga. De esa forma, tanto el ciclo de excitación de los átomos de vapor de mercurio como el de los átomos de fósforo dentro del tubo continúa, hasta tanto se activa de nuevo el interruptor que apaga la lámpara y deje de circular la corriente eléctrica por el circuito.

Ventajas: Aportan más luminosidad con menos watts de consumo. Tienen bajo consumo de corriente eléctrica. Poseen una vida útil prolongada (entre 5 mil y 7 mil hora).   

Desventajas:  Desgaste de la sustancia emisora que recubre el filamento de tungsteno compuesta de calcio y magnesio.  Pérdida de la eficacia de los polvos fluorescentes que recubren el interior del tubo.  Ennegrecimiento del tubo en sus extremos.  Excesivo número de veces que se enciende y apaga de forma habitual la lámpara en períodos cortos de tiempo. LÁMPARA DE BAJO CONSUMO O CFL Introducción: Las lámparas ahorradoras de energía denominadas CFL (Compact Fluorescent Lamp) son una variante mejorada de las lámparas de tubo fluorescente, que fueron presentadas por primera vez al público en la feria mundial de New York, efectuada en el año 1939. Desde su presentación en esa fecha, las lámparas de tubos fluorescente se utilizan para iluminar variados tipos de espacios, incluyendo las viviendas, En la práctica, el rendimiento de estas lámparas es mucho mayor, consumen menos energía eléctrica y el calor que disipan al medio ambiente es prácticamente despreciable en comparación con el que disipan las lámparas incandescentes. Generalmente, las lámparas o tubos rectos fluorescentes son voluminosos y pesados, por lo que en 1976, el ingeniero Edward Hammer, de la empresa norteamericana GE (General Electric), creó una lámpara fluorescente compuesta por un tubo de vidrio alargado y de reducido diámetro, que dobló en forma de espiral para reducir sus dimensiones. Así construyó una lámpara fluorescente del tamaño aproximado de una bombilla común, cuyas propiedades de iluminación eran muy similares a la de una lámpara incandescente, pero con un consumo mucho menor y prácticamente sin disipación de calor al medio ambiente. Aunque esta lámpara fluorescente de bajo consumo prometía buenas perspectivas de explotación, el proyecto de producirlas masivamente quedó postergado, pues la tecnología existente en aquel momento no permití la producción en serie de una espiral de vidrio tan frágil como la que requería este tipo de lámpara. No obstante, en la década de los ‟80 del siglo pasado, otros fabricantes apostaron por la nueva lámpara y se arriesgaron a largarla al mercado, pero a un precio de venta elevado. Sin embargo, los grandes pedidos que hizo en aquellos tiempos el gobierno norteamericano a los fabricantes y su posterior subvención por el ahorro que representaban estas lámparas para el consumo de energía eléctrica, permitieron ir disminuyendo poco a poco su precio, hasta acercarlo al de producción. La posterior aceptación obtenida por las nuevas lámparas ahorradoras de energía dentro de los amplios círculos económicos y de la población, estimuló a los 147


Horacio García

fabricantes a acometer las inversiones necesarias, emprender la producción masiva y bajar mucho más el precio de venta al público. En la siguiente figura se muestran los diferentes modelos de lámparas CFL que se comercializan hoy en el mercado:

Diversos modelos de lámparas CFL

Partes de una lámpara CFL: Las lámparas fluorescente CFL constan de las siguientes partes: tubo fluorescente, filamentos, balasto electrónico, base y casquillo con rosca. Tubo fluorescente

Filamentos Balasto electrónico Base Casquillo con rosca Partes de una lámpara ahorradora de energía o CFL

Tubo fluorescente: Se componen de un tubo de unos 6 mm. de diámetro aproximadamente, doblados en “U” invertida, cuya longitud depende de la potencia en watts que tenga la lámpara. En todas las lámparas CFL, existen siempre dos filamentos de tungsteno o wolframio, alojados en los extremos libres del tubo, con el propósito de calentar los gases inertes, como el neón (Ne), el kriptón (Kr) o el argón (Ar), que se encuentran alojados en su interior. Junto con los gases inertes, el tubo tiene también vapor de mercurio (Hg). Las paredes del tubo se encuentran recubiertas por dentro con una fina capa de fósforo (P). Balasto electrónico: Las lámparas CFL son de encendido rápido, por tanto no requieren cebador o arrancador para encender el filamento, sino que emplean un balasto electrónico en miniatura, encerrado en la base que separa la rosca del tubo de la lámpara. Ese balasto suministra la tensión o voltaje necesario para encender el tubo de la lámpara y regular, posteriormente, la intensidad de corriente que circula por dentro del propio tubo después de encendido. El balasto electrónico se compone, fundamentalmente, de un circuito rectificador diodo de onda completa y un oscilador, encargado de elevar la frecuencia de la corriente de trabajo de la lámpara entre 20000 y 60000 hertz aproximadamente, en lugar de los 50 o 60 hertz con los que operan los balastos electromagnéticos que emplean los tubos rectos y circulares de las lámparas fluorescentes comunes antiguas. Base: La base de la lámpara ahorradora CFL se compone de un receptáculo de material plástico, en cuyo exterior hueco se aloja el balasto electrónico. Unido a la base se encuentra un casquillo con rosca normal o la rosca llamada “Edison”, la misma que utiliza la mayoría de las bombillas o lámparas incandescentes.

148


Horacio García

Funcionamiento: El funcionamiento de una lámpara fluorescente ahorradora de energía CFL es el mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña u manuable. Cuando se enrosca la lámpara CFL en un portalámparas (igual al que utilizan la mayoría de las lámparas incandescentes) y se acciona el interruptor de encendido, la corriente eléctrica alterna fluye hacia el balasto electrónico, donde un rectificador diodo de onda completa se encarga de convertirla en corriente directa y mejorar, a su vez, el factor de potencia de la lámpara. A continuación, un circuito oscilador, compuesto fundamentalmente por un circuito transistorizado en función de amplificador de corriente, un enrollado o transformador (reactancia inductiva) y un capacitor (reactancia capacitiva), se encargan de originar una corriente alterna con una frecuencia que llega a alcanzar entre 20000 y 60000 ciclos o hertz por segundo. La función de esa frecuencia tan elevada es disminuir el parpadeo que provoca el arco eléctrico que se crea dentro de las lámparas fluorescentes cuando se 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. Para el alumbrado general, el efecto estroboscópico es prácticamente imperceptible, pero en una industria donde existe maquinaria funcionando, impulsadas por motores eléctricos, puede resultar peligroso debido a que la frecuencia del parpadeo de la lámpara fluorescente se puede sincronizar con la velocidad de giro de las partes móviles de las máquinas, creando la ilusión óptica de que no están funcionando, cuando en realidad se están moviendo. En la lámpara CFL no se manifiesta ese fenómeno, pues al ser mucho más alta la frecuencia del parpadeo del arco eléctrico en comparación con la velocidad de giro de los motores, nunca llegan a sincronizarse ni a crear efectos estroboscópicos. Desde el mismo momento que los filamentos de una lámpara CFL se encienden, el calor que producen ioniza el gas inerte que contiene el tubo en su interior, creando un puente de plasma entre los dos filamentos. A través de ese puente se origina un flujo de electrones, que proporcionan las condiciones necesarias para que el balasto electrónico genere una chispa y se encienda un arco eléctrico entre los dos filamentos. En este punto del proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, cuya misión será la de mantener el arco eléctrico durante todo el tiempo que permanezca encendida la lámpara. El arco eléctrico no es precisamente el que produce directamente la luz en estas lámparas, pero su existencia es fundamental para que se produzca ese fenómeno.

Interior de una lámpara fluorescente CFL

A partir de que los filamentos de la lámpara se apagan, la única misión del arco eléctrico será continuar y mantener el proceso de ionización del gas inerte. De esa forma, los iones desprendidos del gas inerte al chocar contra los átomos del vapor 149


Horacio García

de mercurio contenido también dentro del tubo, provocan que los electrones del mercurio se exciten y comiencen a emitir fotones de luz ultravioleta. Dicho fotones, cuya luz no es visible para el ojo humano, al salir despedidos chocan contra las paredes de cristal del tubo recubierto con la capa fluorescente. Este choque de fotones ultravioleta contra la capa fluorescente provoca que los átomos de fluor se exciten también y emitan fotones de luz blanca, que sí son visibles para el ojo humano, haciendo que la lámpara se encienda.

Características Son compatibles con los portalámparas de las lámparas incandescentes de uso común. Al igual que las lámparas incandescentes, sólo hay que enroscarlas en el portalámparas, pues no requieren de ningún otro dispositivo para funcionar. Disponibles en diversas tonalidades, sin que introduzcan distorsión en la percepción de los colores. Encendido inmediato tan pronto se acciona el interruptor, pero con una luz débil por breves instantes antes que alcancen su máxima intensidad de iluminación. Precio al público un poco mayor que una lámpara incandescente de la misma potencia, pero que se compensa después por el ahorro que se obtiene por el menor consumo eléctrico y por un tiempo de vida útil más prolongado. 









Ventajas Consumen sólo la quinta parte de la energía eléctrica que requiere una lámpara incandescente para alcanzar el mismo nivel de iluminación, es decir, consumen un 80% menos para igual eficacia en lúmenes por watt de consumo (lm/W). Recuperación de la inversión en 6 meses (manteniendo las lámparas encendidas un promedio de 6 horas diarias) por concepto de ahorro en el consumo de energía eléctrica y por incremento de horas de uso sin que sea necesario reemplazarlas. Tiempo de vida útil aproximado entre 8000 y 10000 horas, en comparación con las 1000 horas que ofrecen las lámparas incandescentes. No requieren inversión en mantenimiento. Generan 80% menos calor que las incandescentes, siendo prácticamente nulo el riesgo de provocar incendios por calentamiento si por cualquier motivo llegaran a encontrarse muy cerca de materiales combustibles. Ocupan prácticamente el mismo espacio que una lámpara incandescente. Tienen un flujo luminoso mucho mayor en lúmenes por watts en comparación con una lámpara incandescente de igual potencia. Se pueden adquirir con diferentes formas, bases, tamaños, potencias y tonalidades de blanco. 





 

 



LÁMPARA DE DESCARGA Introducción: Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por eso, su uso está tan extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas. Funcionamiento: En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado.

150


Horacio García

Funcionamiento de una lámpara de descarga

En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas. La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente. La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado. En este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía. Este nuevo estado acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el electrón libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino que sólo puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo. Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de energía entre los estados iniciales y finales del electrón y los estados posibles no son infinitos, es fácil comprender que el espectro de estas lámparas sea discontinuo. La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por ejemplo en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta). Por lo tanto, la capacidad de reproducir los colores de estas fuentes de luz es, en general, peor que en el caso de las lámparas incandescentes que tienen un espectro continuo. Es posible, recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes, mejorar la reproducción de los colores y aumentar la eficacia de las lámparas convirtiendo las nocivas emisiones ultravioletas en luz visible.

Elementos auxiliares: Para que las lámparas de descarga funcionen correctamente es necesario, en la mayoría de los casos, la presencia de unos elementos auxiliares: cebadores y balastos. Los cebadores o ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensión entre los electrodos del tubo, necesario para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas a la corriente eléctrica. Tras el encendido, continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal. Los balastos, por contra, son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la lámpara y evitar así un exceso de electrones circulando por el gas que aumentaría el valor de la corriente hasta producir la destrucción de la lámpara. Eficacia: Al establecer la eficacia de este tipo de lámparas hay que diferenciar entre la eficacia de la fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende del fabricante. En las lámparas, las pérdidas se centran en dos aspectos: las pérdidas por calor y las pérdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo). El porcentaje de cada tipo dependerá de la clase de lámpara con que trabajemos.

151


Horacio García

Balance energético de una lámpara de descarga

La eficacia de las lámparas de descarga oscila entre los 19-28 lm/W de las lámparas de luz de mezcla y los 100-183 lm/W de las de sodio a baja presión. Tipo de lámpara

Eficacia sin balasto (lm/W)

Fluorescentes

38-91

Luz de mezcla

19-28

Mercurio a alta presión

40-63

Halogenuros metálicos

75-95

Sodio a baja presión

100-183

Sodio a alta presión

70-130

Características de duración: Hay dos aspectos básicos que afectan a la duración de las lámparas. El primero es la depreciación del flujo. Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos. En aquellas lámparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la pérdida gradual de la eficacia de estas sustancias. El segundo es el deterioro de los componentes de la lámpara que se debe a la degradación de los electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre. Otras causas son un cambio gradual de la composición del gas de relleno y las fugas de gas en lámparas a alta presión. Tipo de lámpara

Vida promedio (h)

Fluorescente estándar

12500

Luz de mezcla

9000

Mercurio a alta presión

25000

Halogenuros metálicos

11000

Sodio a baja presión

23000

Sodio a alta presión

23000

Factores externos que influyen en el funcionamiento: Los factores externos que más influyen en el funcionamiento de la lámpara son la temperatura ambiente y la influencia del número de encendidos. Las lámparas de descarga son, en general, sensibles a las temperaturas exteriores. Dependiendo de sus características de construcción (tubo desnudo, ampolla exterior...) se verán más o menos afectadas en diferente medida. Las lámparas a alta presión, por ejemplo, son sensibles a las bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque. Por contra, la temperatura de trabajo estará limitada por las características térmicas de los componentes (200º C para el casquillo y entre 350º y 520º C para la ampolla según el material y tipo de lámpara). La influencia del número de encendidos es muy importante para establecer la duración de una lámpara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en gran medida de este factor.

152


Horacio García

Partes de una lámpara: Las formas de las lámparas de descarga varían según la clase de lámpara con que tratemos. De todas maneras, todas tienen una serie de elementos en común como el tubo de descarga, los electrodos, la ampolla exterior o el casquillo.

Principales partes de una lámpara de descarga 









Ampolla exterior: La ampolla es un elemento que sirve para proteger al tubo de descarga de los agentes atmosféricos. Es un elemento presente en todas las lámparas excepto en las lámparas fluorescentes que no disponen de él. En su interior se hace el vacío o se rellena con un gas inerte. Sus formas son muy variadas y puede estar recubierta internamente con sustancias fluorescentes que filtran y convierten las radiaciones ultravioletas en visibles mejorando el rendimiento en color de estas lámparas y su eficiencia. Tubo de descarga: Es un tubo, normalmente de forma cilíndrica, donde se producen las descargas eléctricas entre los electrodos. Está relleno con un gas (vapor de mercurio o sodio habitualmente) a alta o baja presión que determina las propiedades de la lámpara. En las lámparas fluorescentes se recubre la cara interna con sustancias fluorescentes que convierten las emisiones ultravioletas en luz visible. Los materiales que se emplean en su fabricación dependen del tipo de lámpara y de las condiciones de uso. Electrodos: Los electrodos son los elementos responsables de la descarga eléctrica en el tubo. Están hechos de wolframio y se conectan a la corriente a través del casquillo. Se recubren con una sustancia emisora para facilitar la emisión de los electrones en el tubo. Casquillo: El casquillo tiene la función de conectar los electrodos a la red a través del portalámparas. Puede ser de rosca o bayoneta aunque hay algunas lámparas como las fluorescentes que disponen de casquillos de espigas con dos contactos en los extremos del tubo. Los materiales de que se elaboran dependerán de los requisitos térmicos y mecánicos de cada tipo de lámpara. Gas: En el interior del tubo de descarga encontramos una mezcla entre un vapor de sodio o mercurio y un gas inerte de relleno. El primero determina las propiedades de la luz de la lámpara y es el responsable de la emisión de la luz como consecuencia de la descarga. El segundo, el gas inerte, cumple varias funciones. La principal es disminuir la tensión de ruptura necesaria para ionizar el gas que rellena el tubo e iniciar así la descarga más fácilmente. Otras funciones que realiza son limitar la corriente de electrones y servir de aislante térmico para ayudar a mantener la temperatura de trabajo de la lámpara.

Tipos de lámparas de descarga: Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros. Lámparas de vapor de mercurio: Baja presión: Lámparas fluorescentes  Alta presión: Lámparas de vapor de mercurio a alta presión  Lámparas de luz de mezcla  

o

o

153




Horacio García

Lámparas con halogenuros metálicos  Lámparas de vapor de sodio: Lámparas de vapor de sodio a baja presión o Lámparas de vapor de sodio a alta presión o

Lámparas de vapor de mercurio Lámparas fluorescentes: Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 nm. Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios. De la combinación estos tres colores se obtiene una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo.

Lámpara fluorescente

Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior. Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico, cerrado en cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El tubo de descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de electrones. La eficacia de estas lámparas depende de muchos factores: potencia de la lámpara, tipo y presión del gas de relleno, propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo, temperatura ambiente... Esta última es muy importante porque determina la presión del gas y en último término el flujo de la lámpara. La eficacia oscila entre los 38 y 91 lm/W dependiendo de las características de cada lámpara.

Balance energético de una lámpara fluorescente

La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora. El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según las sustancias fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos habituales que no requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90. De 154


Horacio García

igual forma la apariencia y la temperatura de color varía según las características concretas de cada lámpara.

Apariencia de color

Tcolor (K)

Blanco cálido

3000

Blanco

3500

Natural

4000

Blanco frío

4200

Luz día

6500

Las lámparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos auxiliares. Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin él. En el primer caso, el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la tensión de arranque. En el segundo caso tenemos las lámparas de arranque rápido en las que se calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantáneo en que la ignición se consigue aplicando una tensión elevada. Más modernamente han aparecido las lámparas fluorescentes compactas que llevan incorporado el balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las lámparas incandescentes con ahorros de hasta el 70% de energía y unas buenas prestaciones.

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión: A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm).

Espectro de emisión sin corregir

En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.

Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión

155


Horacio García

Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.

Lámpara de mercurio a alta presión

Lámparas de luz de mezcla: Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y, habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.

Espectro de emisión de una lámpara de luz de mezcla

Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K. La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.

156


Horacio García

Lámpara de luz de mezcla

Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.

Lámparas con halogenuros metálicos: Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).

Espectro de emisión de una l ámpara con halogenuros metálicos

Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).

Lámpara con halogenuros metálicos

157


Horacio García

Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.

Lámparas de vapor de sodio Lámparas de vapor de sodio a baja presión: La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 589.6 nm) muy próximas entre sí.

Espectro de una lámpara de vapor de sodio a baja presión

La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos.

Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión

La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.

Lámpara de vapor de sodio a baja presión

En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta manera 158


Horacio García

se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 ºC). El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el tiempo necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz. Físicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla característica del sodio. Se procede así para reducir la tensión de encendido.

Lámparas de vapor de sodio a alta presión: Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.

Espectro de una lámpara de v apor de sodio a alta presión

Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (T color = 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.

Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a alta presión

La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento. Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.

159


Horacio García

Lámpara de vapor de sodio a alta presión

Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.

160


Horacio García

CAPÍTULO 4 PROTECCIONES

   



Pilar de acometida de tensión. Caja para el medidor. Caja para llave termomagnética. Puesta a tierra. Protección contra cortocircuitos: Introducción. Fusibles: domiciliarios; lentos; rápidos; de acompañamiento. Protección contra sobrecargas: Interruptores termomagnéticos. Protección contra la electrocución: Peligros de la corriente eléctrica. Sistemas de protección contra electrocución. Interruptores diferenciales o disyuntores. Reglamento general de suministro eléctrico.

161


Horacio García

PILAR DE ACOMETIDA DE TENSIÓN

Objeto: Determinar las condiciones mínimas que deben tenerse en cuenta en las instalaciones eléctricas correspondientes a pilares y acometidas de baja tensión que deben ser diseñadas, construidas y mantenidas de manera tal que garanticen la seguridad eléctrica, cuyo limite son los cables de acometida a los bornes del tablero principal del usuario. Tipos de acometidas: Las acometidas aéreas o subterráneas, a construir, que vinculan a la red de baja tensión con el punto de conexión y medición a cada usuario, serán siempre aisladas cumpliendo con el concepto de doble aislación, incluyendo todos los elementos de empalme y conexión. En el caso de acometidas aéreas el cable debe ingresar, sin empalmes, al alojamiento donde se conecte mediante los bornes correspondientes (caja de toma, interruptor de protección o los bornes del medidor) Tensión de seguridad: De acuerdo a la legislación vigente se define para estas instalaciones como tensión de seguridad de contacto indirecto y de paso, máxima 162


Horacio García

y permanente, 24 volts corriente alterna.

Cerramientos: Todos los gabinetes componentes de los pilares poseerán un cierre de seguridad, que dificulte su apertura por terceros no autorizados, siendo necesario para su apertura y cierre el uso de una herramienta especial (codificada o no). Grados de protección mecánica proporcionada por las envolventes de equipos eléctricos: Los equipos que se encuentren a la intemperie deberán ser resistentes a los agentes atmosféricos, radiación ultravioleta, ingreso de agua (lluvia) y no ser perjudicados por condensación interna de la humedad ambiente (como mínimo grado IP 439) y en el interior de los locales deberán ser de la clase de protección correspondiente al tipo de local y lugar de instalación, de acuerdo a lo indicado por la norma IRAM o IEC. Protección eléctrica de la acometida e instalación: La acometida de baja tensión deberá poseer un elemento automático de protección eléctrica que despeje las fallas por cortocircuito o sobrecorriente, en la propia instalación de suministro y medición. Normas de aplicación: Resolución ENRE N° 311/01 Guía de Contenidos mínimos para el Sistema de Seguridad Público para las instalaciones en la vía pública de las empresas Distribuidoras. Anexo II Listado de anomalías en instalaciones. Elementos constitutivos de la instalación: Todos los elementos utilizados para la acometida o pilar deben cumplir con las normas IRAM o IEC correspondientes y en los casos que no existan ninguna de las 2 normas citadas anteriormente las Distribuidoras deberán tener una especificación técnica interna con las condiciones y características que debe cumplir cada elemento componente del pilar. Consideraciones a tener en cuenta en los casos particulares que no se pueda cumplir con el concepto de doble aislación en toda la instalación (Pilares y acometidas): Las Distribuidoras deberán tomar los recaudos necesarios para que sus instalaciones no queden electrificadas, ante una falla propia o de los usuarios. En pilares y acometidas existentes de los usuarios, se podrá mantener el sistema de instalación TNC, pero se deberá garantizar que las partes conductoras del pilar no superen los 24 V de tensión de contacto permanente bajo cualquier condición de funcionamiento. 



CAJAS PARA EL MEDIDOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA Si bien cada municipio tiene sus propias normas respecto de las cajas en donde serán instalados los medidores de luz, se puede arriesgar un modelo general que cumple con casi todas las normas establecidas y es, por lo tanto, el más comúnmente utilizado:

Caja de embutir para medidor de energía eléctrica

163


Horacio García

Esta caja viene instalada en el pilar de acometida directamente y se utiliza para colocar el medidor de energía eléctrica, tarea que llevan a cabo los operarios de las empresas de distribución de energía de cada ciudad. Esta construida de material metálico (fundición de aluminio) y su tapa está precintada y posee un cristal transparente para que el inspector de la empresa distribuidora de energía eléctrica pueda tomar la lectura del consumo en kilowatts que haya realizado el inmueble por mes o por bimestre.

CAJA DE PILAR PARA LLAVE TÉRMICA Esta caja también viene incluida en el pilar de acometida y embutida en éste por la parte trasera, de modo que la caja del medidor y esta caja quedan unidas por sus partes traseras a través de un caño. Más adelante se verá el detalle del pilar de acometida para una mejor visión de lo antedicho. En la siguiente figura se puede ver la caja de pilar para llave térmica:

Caja de pilar para llave térmica

Esta caja está construida de hierro liviano y tiene el tamaño justo para la colocación de una llave térmica bipolar. La instalación de dicha llave es una exigencia de las empresas distribuidoras de energía eléctrica y no puede superar los 25 amperios.

PUESTA A TIERRA Introducción: Un sistema de puesta a tierra (PAT) comprende una unión metálica directa, sin protección eléctrica alguna, entre una parte de una instalación y un electrodo vinculado al suelo. El electrodo se dimensiona para asegurar que la instalación esté al mismo potencial de la tierra en ausencia de corriente y a un potencial cercano frente a una circulación de corriente de falla o de descarga. La importancia de una adecuada instalación de PAT esta dada por: Resguardar a las personas de los peligros de fallas de aislación en equipos eléctricos. Prevenir incendios en plantas industriales. Evitar daños por sobretensiones en equipos e instalaciones domiciliarias e industriales. Proteger contra corrosión cañerías, cubiertas metálicas de cables subterráneos, estructuras. 

 



Tipos de sistemas de PAT: Se pueden distinguir varios tipos de sistemas de PAT, los cuales no deben compartir el mismo electrodo de PAT: De servicio: utilizados para conducir corriente en condiciones normales de funcionamiento, tales como el centro de estrella de generadores o transformadores. De protección: empleadas para la prevención de accidentes personales. Se conectan a la misma todas las partes metálicas de equipos eléctricos que puedan quedar bajo tensión ante una falla de aislamiento, como por ejemplo carcasas de máquinas, gabinetes de tableros eléctricos, bandejas portacables, etc. Para equipos electrónicos : cumplen una función similar a la de protección y además permiten referir a potencial de tierra las masas de los equipos, 





164




Horacio García

evitando que su potencial “flote” con respecto a tierra y origine voltajes peligrosos para los componentes electrónicos. Para descargas por sobretensiones : utilizadas el los circuitos de pararrayos y descargadores de líneas y equipos.

Sistema de protección con puesta a tierra

Partes constitutivas de un sistema de PAT: Está compuesta de tres partes fundamentales: Conductor de unión : debe ser de la sección adecuada para la corriente que puede llegar a circular, para que no se produzcan calentamientos ni caídas de tensión inadmisibles. No puede ser interrumpido con seccionadores, fusibles u otro elemento. Electrodo de tierra: dado que la resistencia de contacto del conductor de unión (alta conductividad) con la tierra (baja conductividad) es función de la sección de presenta en la unión entre ambos, se intercala un electrodo con la sección suficiente para garantizar una baja resistencia. Además el electrodo se construye para que resista la corrosión natural al estar en contacto con la humedad y sales del suelo. Tierra propiamente dicha : Definida por los componentes, naturales y artificiales, del terreno, y la humedad y temperatura del mismo. Se define la resistividad eléctrica del suelo como la resistencia por metro de suelo; sus valores para distintos tipos de terrenos son: 





Terreno Pantanoso o húmedo De labor o arcilloso Arenoso húmedo Arenoso seco Guijarroso Rocoso

Resistividad (W-m) 5 10 20 100 100 300

La instalación del electrodo directamente en el agua, además de dar una alta resistencia de contacto por la mala conductividad del agua, origina una mayor corrosión del mismo. También es perjudicial para la vida útil del electrodo la ejecución en terrenos salitrosos y con alta humedad. Para mejorar las condiciones de contacto frente a terrenos de alta resistividad, y además prolongar la vida útil del electrodo, se recurre a componentes químicos (gel no corrosivo) o naturales (grafito) constituyendo una “funda” alrededor del electrodo. Las tomas de tierra mas utilizadas son: 1) En forma de estaca (jabalina) : cilíndrica, constituida por un alma de acero y un recubrimiento electrolítico de cobre, se hinca verticalmente en el suelo. Es la más comúnmente usada por su facilidad de instalación.

165


Horacio García

2) En forma de placa : rectangular o circular, material cobre electrolítico. Recomendable para terrenos donde la profundidad de la tierra vegetal es de 1,2 a 2 mts. 3) En forma de pletina : banda metálica de gran extensión instalada horizontalmente a poca profundidad. Para terrenos rocosos. 4) Mallada:. Constituida por conductores de cobre enterrados en forma horizontal. Pueden formar una estrella (ramificada), un bucle o una cuadrícula

Variación de la tensión: Dado que puede despreciarse la resistencia del conductor de unión frente a la de contacto y de la tierra, la forma del electrodo, su superficie externa y la resistividad eléctrica del suelo determinan la forma en como se difunde la corriente de falla o de descarga a través de la tierra y por lo tanto la caída de tensión entre el electrodo y la misma. La difusión de la corriente alrededor del electrodo de PAT crea en el terreno una caída de tensión cuya variación es máxima en las inmediaciones del electrodo y decrece a medida que aumenta la distancia radial con respecto a él (ya que la resistencia del suelo va disminuyendo con el incremento del área por donde circula la corriente), haciéndose despreciable a partir de una distancia que depende de la forma del electrodo y de la resistividad eléctrica del suelo. Se forma así un “embudo de tensión” en la zona próxima a la PAT. Este embudo es mas estrecho cuanto mas profundo esté enterrado el electrodo. La caída de tensión, función del valor de la corriente circulante, puede resultar peligrosa para los seres vivos que circulan en las inmediaciones. Esto se define como la tensión de paso admisible. Medición de la resistencia eléctrica de PAT: Básicamente la medición de la resistencia de PAT se realiza haciendo circular corriente alterna en el circuito formado por la PAT G, una jabalina auxiliar H de PAT y el suelo entre ambas PATs. Se mide la corriente y la caída de tensión entre G y una sonda S ubicada en un punto intermedio entre G y H. Si se elige adecuadamente la separación entre G y H, el incremento de la resistencia del suelo se vuelve despreciable a una determinada distancia de la PAT. De esta manera, la caída de tensión medida define el valor de la resistencia de PAT. Se utiliza AC para evitar efectos de electrólisis entre los electrodos y el suelo que afecten a la medición al crearse diferencias de potencial (pila eléctrica). La frecuencia de la fuente es distinta de la industrial (50 Hz y sus múltiplos), generalmente de 33,33 Hz, 75 Hz, 93 Hz, 125 Hz, etc, para evitar su influencia. Se disponen también de filtros de banda angosta que solo permiten el paso de la corriente de medida. Medición de la resistividad eléctrica del suelo: En este caso se determina la resistencia de un tramo de suelo alimentando con AC el circuito formado por las jabalinas auxiliares E y H de PAT y el suelo entre ambas. Se mide la corriente circulante entre ellas y la caída de tensión entre las sondas ES y S ubicadas en el tramo medio entre E y H. (donde el incremento de la resistencia del suelo es despreciable). Con el valor medido de resistencia se calcula la resistividad eléctrica del suelo, a una profundidad que depende de la separación a entre los electrodos. Equipos: Los equipos utilizados solamente para la medición de resistencia de PAT vienen provistos de tres bornes (uno para conectarse a la PAT a medir, otro para la sonda de tensión y el tercero para la PAT auxiliar). Para la medición de resistencia de 166


Horacio García

PAT y resistividad eléctrica del suelo el equipo viene con cuatro bornes, dos para inyectar la corriente y dos para medir la caída de tensión. En este caso la dimensión (longitud y diámetro) de las varillas utilizadas como electrodos juega un papel importante en la medición. Para la determinación de la resistividad a poca profundidad (aproximadamente hasta 12 mts), se utilizan varillas finas y cortas (~ 5 x 300 mm). Para profundidades mayores la sección y longitud de las varillas en mucho mayor (~ 12 x 500 mm).

PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS Introducción: Se denomina “cortocircuito” a la unión de dos conductores o partes de un circuito eléctrico, con una diferencia de potencial o tensión entre sí, sin ninguna resistencia eléctrica entre ellos. En efecto, según la ley de Ohm, al ser la resistencia cero, hace que la intensidad tienda a infinito, con lo cual peligra la integridad de conductores y máquinas debido al calor generado por dicha intensidad. En la práctica, la intensidad producida por un cortocircuito, siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy pequeña, nunca es cero. Según los reglamentos electrotécnicos “en el origen de todo circuito deberá colocarse un dispositivo de protección, de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en la instalación”. No obstante se admite una protección general contra cortocircuitos para varios circuitos derivados. FUSIBLES Los fusibles no son más que una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que más se caliente, y por lo tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno. Antiguamente, los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito. Algunos ejemplos de fusibles se muestran en las siguientes figuras:

Actualmente, el fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo cual se evita la dispersión del metal fundido; por tal motivo también se denomina cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado.

167


Horacio García

Fusibles domiciliarios: Los fusibles domiciliarios, también llamados “tapones”, son del tipo cartucho cilíndrico de porcelana. Uno de los extremos presenta una rosca para poder ser instalado en la hembra portafusibles. Internamente está compuesto por fino hilo de cobre y relleno de arena de cuarzo. Antiguamente, era el único tipo de protección del que disponía el circuito eléctrico de una vivienda. Los cartuchos se enroscaban en la hembra portafusible que se instalaba en el tablero principal de la vivienda. Las siguientes figuras ilustran lo dicho:

Fusibles lentos, rápidos y de acompañamiento: Los cartuchos fusibles también pueden mejorarse aplicándole técnicas de enfriamiento o rapidez de fusión, para la mejor protección de los diferentes tipos de circuitos que puede haber en una instalación, por lo cual y dentro de una misma intensidad, atendiendo a la rapidez de fusión, los cartuchos fusibles se clasifican en: a) Fusibles rápidos (gF) b) Fusibles lentos (gT) c) Fusibles de acompañamiento (aM) La tabla que sigue a continuación puede proporcionar información adicional sobre los distintos tipos de fusibles y las curvas de corte según sus puntos de fusión.

Si se llama If a la intensidad de corriente a la cual ha de fundir un fusible, los tres tipos antes mencionados, se diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que fundan en un segundo. Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 IF Los fusibles de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If Los fusibles lentos (gT) son los menos utilizados, empleándose para la protección de líneas aéreas de distribución generalmente, debido a los cortocircuitos momentáneos que los árboles o el viento pueden hacer entre los conductores. Los fusibles rápidos (gF) se emplean para la protección de redes de distribución con cables aislados y para los circuitos de alumbrado, generalmente. Los cartuchos de fusibles, tanto lentos como rápidos, si son bien elegidos en cuanto a intensidad de fusión, se emplean también como protección contra sobrecargas, principalmente en instalaciones de alumbrado y de distribución. Los fusibles de acompañamiento (aM) se fabrican especialmente para la protección de motores, debido a que aguantan sin fundirse los picos de intensidad 168


Horacio García

que los motores absorben en el arranque. Su nombre proviene porque han de ir acompañados de otros elementos de protección, como son generalmente los relés térmicos.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS Introducción: Se entiende por “sobrecarga” al exceso de intensidad de corriente en un circuito, debido a un defecto de aislamiento o bien, a una avería o demanda excesiva de carga de la máquina conectada a un motor eléctrico. Las sobrecargas deben protegerse, ya que pueden dar lugar a la destrucción total de los aislamientos de una red o de un motor conectado a ella. Una sobrecarga no protegida degenera siempre en un cortocircuito. Según los reglamentos electrotécnicos: “si el conductor neutro tiene la misma sección que las fases, la protección contra sobrecargas se hará con un dispositivo que proteja solamente las fases; por el contrario, si la sección del conductor neutro es inferior a la de las fases, el dispositivo de protección habrá de controlar también la corriente del neutro”. Además debe colocarse una protección para cada circuito derivado de otro principal. Para los circuitos domésticos, de alumbrado y para pequeños motores se suelen emplear tanto fusibles calibrados como interruptores termomagnéticos. Interruptores termomagnéticos: Estos dispositivos, conocidos abreviadamente por PIA (Pequeño Interruptor Automático), se emplean para la protección de circuitos eléctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles, ya que tienen la ventaja de que no hay que reponerlos; cuando se desconectan debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando. Según el número de polos, se clasifican en: unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares. Éstos últimos se utilizan para redes trifásicas con n eutro.

Estos aparatos constan de un disparador o desconectador magnético, formado por una bobina, que actúa sobre un contacto móvil, cuando la intensidad de corriente que la atraviesa supera su valor nominal (In). Éste es el elemento que protege la instalación contra cortocircuitos, por ser muy rápido su funcionamiento, y cada vez que desconecta por este motivo debe rearmarse (cerrar de nuevo el contacto superior), bien sea manual o eléctricamente. También poseen un desconectador térmico, formado por una lámina bimetálica, que se dobla al ser calentada por un exceso de intensidad de corriente, y aunque más lentamente que el dispositivo anterior, desconecta el contacto inferior. Esta es la protección contra sobrecargas y su velocidad de desconexión es inversamente proporcional a la sobrecarga. Cuando la desconexión es por efecto de una sobrecarga, se debe esperar que enfríe la lámina bimetálica y cierre su contacto, para que la corriente pase de nuevo a los circuitos protegidos. Los interruptores termomagnéticos (también llamados “llaves térmicas”), se emplean mucho domésticamente y para instalaciones de baja tensión en general y 169


Horacio García

suelen fabricarse para intensidades entre 5 y 125 amper, de forma modular y calibración fija, sin posibilidad de regulación. Para intensidades mayores, en instalaciones industriales, de hasta 1000 amper o más, suelen estar provistos de una regulación externa, al menos para el elemento magnético, de protección contra cortocircuitos. Existen varios tipos de estos interruptores o PIA, definidos por su característica de desconexión “tiempo-intensidad”; en cuanto a la desconexión contra cortocircuitos se refiere (desconexión magnética), para una mejor protección de los distintos tipos de circuitos a proteger. Los tipos que hay actualmente en el mercado son muchos, atendiendo a diversas y variadas normas, por lo cual se van a clasificar en dos columnas, en una se pondrán los más antiguos, pero aún muy utilizados, y en la otra los más actuales, y siendo In su intensidad nominal y para que desconecten en un tiempo máximo de 0,1 segundo.

Los tipos L y B se emplean para la protección de redes grandes de cables y generadores. Los tipos U y C se emplean para la protección de receptores en general y líneas cortas. El tipo G se emplea para la protección de los motores y transformadores en general. El tipo D se emplea para la protección de cables y receptores con picos de corriente de carga muy elevados. El tipo MA es un diseño especial para la protección de motores. El tipo Z es un diseño especial para la protección de circuitos electrónicos. El tipo ICP-M (Interruptor de Control de Potencia con reenganche Manual), es un diseño especial, para el control de potencia por las compañías distribuidoras. Aunque su función especial es de tarifación eléctrica, también se puede emplear como interruptor termomagnético de protección general.

PROTECCIÓN CONTRA ELECTROCUCIÓN Peligros de la corriente eléctrica: Bajo los efectos de una corriente eléctrica, puede sobrevenir la muerte de una persona, por las causas siguientes: Paralización del corazón. Atrofia de los músculos del tórax (Asfixia). Carbonización de los tejidos. Electrólisis de la sangre (solamente en C.C.) Aunque los cuerpos humanos reaccionan de distinta manera unos de otros y dependiendo de las condiciones del momento, se puede decir que la corriente eléctrica empieza a ser peligrosa cuando atraviesa el cuerpo humano más de 25 mA durante más de 0,2 segundos. Se ha comprobado que la resistencia del cuerpo humano, con piel sana y seca, depende de la tensión que se le aplique, pudiendo variar entre 2500 y 100000 ohms. Esta resistencia también disminuye debido a la humedad, la transpiración, las heridas superficiales, al aumentar la masa muscular de las personas, si el contacto es inesperado, etc. También y por causas aún desconocidas se sabe que en las altas    

170


Horacio García

frecuencias, la corriente eléctrica deja de ser peligrosa para el cuerpo humano (a partir de unos 7000 Hz aproximadamente), y por tal motivo se emplea mucho en electromedicina. Debido a todo lo anteriormente expuesto, cuando se hacen cálculos sobre la seguridad contra electrocución, y con el fin de trabajar con un buen margen de seguridad, se considera que la resistencia del cuerpo humano es de 1000 ohms. Por eso los reglamentos electrotécnicos fijan como tensiones peligrosas, exigiendo la instalación de protecciones contra electrocución, las siguientes: 50 volts, con relación a tierra, en locales secos y no conductores. 24 volts, con relación a tierra, en locales húmedos o mojados. 15 volts, en instalaciones para piscinas.   

Sistemas de protección contra electrocución: Frente a los peligros de la corriente eléctrica, la seguridad de las personas, ha de estar fundamentada en que nunca puedan estar sometidas involuntariamente a una tensión peligrosa. Por tal motivo, para la protección contra electrocución deben ponerse los medios necesarios para que esto nunca ocurra. La reglamentación actual clasifica las protecciones contra contactos indirectos, que pueden dar lugar a electrocución, en dos clases: Clase A: Esta clase consiste en tomar medidas que eviten el riesgo en todo momento, de tocar partes con tensión, o susceptibles de estarlo, y las medidas a tomar son: Separación de circuitos. Empleo de pequeñas tensiones de seguridad (50, 24 o 15 volts). Separación entre partes con tensión y masas metálicas, por medio de aislamientos. Inaccesibilidad simultánea entre conductores y masas. Recubrimientos de las masas con elementos aislantes. Conexiones equipotenciales. Clase B: Este sistema es el más empleado, tanto en instalaciones domésticas como industriales, consiste en la puesta a tierra de las masas, asociada a un dispositivo de corte automático (Interruptor diferencial), que desconecte la instalación defectuosa.   

  

Interruptores diferenciales: El interruptor diferencial es un aparato cuya misión es desconectar una red de distribución eléctrica, cuando alguna de sus fases se pone a tierra, bien sea directamente o a través de humedades generalmente. El interruptor diferencial se activa al detectar una corriente de defecto Id, que sea superior a su umbral de sensibilidad Is. La protección diferencial está basada en la primera Ley de Kirchoff: “En todo nudo de conductores, la suma de la intensidades que a él llegan, es igual a la suma de las intensidades que de él salen”. Esto hace que cuando se produce la derivación a tierra de una fase, exista un desequilibrio entre la suma geométrica de las intensidades de la red; este desequilibrio, que es precisamente la corriente de defecto Id, es lo que detecta el interruptor diferencial, provocando a continuación la desconexión de la red defectuosa.

171


Horacio García

Los interruptores diferenciales constan de un transformador, cuyo primario está formado por todas las fases de la red, incluido el neutro, que atraviesan un núcleo toroidal, y el arrollamiento secundario está formado por una pequeña bobina. El arrollamiento secundario se conecta luego a un relé que actúa sobre el mecanismo de desconexión del interruptor. Todo ello se halla contenido en una caja aislante, con bornes de entrada y salida de red, y pueden ser: unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares, estos últimos para redes trifásicas con neutro distribuido. Mientras no exista ninguna derivación a tierra en la instalación, la suma geométrica de las intensidades que circulan por los conductores, será igual a cero (Id = 0), permaneciendo el interruptor cerrado. Por el contrario, cuando exista una derivación a tierra de una fase, aparece una corriente de defecto o fuga Id, que induce una corriente en el secundario del transformador toroidal; cuando la corriente de defecto Id sea igual o mayor que la sensibilidad del interruptor Is, el mecanismo de desconexión abre el interruptor. Una vez reparada la avería, el interruptor diferencial debe cerrarse manualmente. En la siguiente figura se explica el funcionamiento, con un ejemplo monofásico muy simple y fácil de entender. Así, a la vista del dibujo, en el cual la primera figura representa la red en buen estado y la segunda con la fase S a tierra, se tiene que: Red en buen estado: Is + It = Id = 0 Amper Red con fase a tierra: Is + It = Id = 0,7 Amper

Ensayo de funcionamiento: Para verificar el correcto funcionamiento de los interruptores diferenciales, éstos poseen un pulsador de prueba Pp, que al pulsarlo cortocircuita dos fases, a través de una resistencia, que permite el paso de una corriente algo mayor a la sensibilidad del interruptor Is, con lo cual al provocar un desequilibrio entre las fases origina la desconexión del mismo. Sensibilidad de los interruptores diferenciales: Los interruptores diferenciales se fabrican para muchos valores de sensibilidad (Is), según sea la longitud de las líneas a proteger y el tipo y condiciones de la instalación, incluso se fabrican con sensibilidad ajustable, para que el usuario la adapte a su instalación. No obstante, los empleados domésticamente y en instalaciones de poca potencia, que se suelen fabricar compactos y para intensidades nominales de entre 5 y 125 amper, suelen tener dos tipos de sensibilidad fija sin posibilidad de ser modificada. Estas son: Interruptores media sensibilidad..Is = 0,3 amper Interruptores alta sensibilidad…Is = 0,03 amper Los primeros, que son los más utilizados, y se deben emplear en las instalaciones con puesta a tierra; mientras que los segundos, se podrían emplear incluso en instalaciones sin puesta a tierra, debido a la pequeña corriente de fuga que necesitan para su desconexión. 172


Horacio García

REGLAMENTO GENERAL DE SUMINISTRO ELÉCTRICO Disposiciones generales para usuarios generales Alcance Están comprendidos en el presente anexo aquellas instalaciones que comprenden de uno (1) a tres (3) suministros a los cuales se brinde el servicio eléctrico en baja tensión, cuya demanda máxima definida en los términos del Art. 1.2 del Reglamento General de Suministro Eléctrico de la D.P.E.C., en adelante RGSE, no supere los 50 KW (cincuenta kilowatts). Todas las disposiciones podrán ampliarse y/o modificarse por parte de esta DPEC sin necesidad de comunicación alguna. Solicitud de servicio Generalidades: Podrán solicitar y habilitar un suministro eléctrico las personas físicas o de existencia ideal que se ajustaren a lo requerido en el RGSE y las prescripciones del presente Anexo. Para solicitar y habilitar un suministro con una demanda máxima requerida superior a 20 kW será necesario gestionar previamente un informe de Factibilidad Técnica de Suministro. Factibilidad técnica de suministro: Cuando en instalaciones nuevas o por aumentos previstos en existentes, la demanda máxima definida en Art. 1.2 del RGSE alcance o supere los 20 kW el solicitante del servicio deberá tramitar la correspondiente Factibilidad Técnica de Suministro. Por la misma, la DPEC autorizará la conexión de tales cargas a las redes de distribución existentes en el punto de suministro, en los casos en que capacidad de transporte de dichas redes sean adecuadas, o establecerá las obras adicionales a realizar en el caso de que esto no ocurra o las redes no existan, de modo de asegurar la provisión del servicio en las condiciones adecuadas de calidad y seguridad. La DPEC no dará curso a solicitudes de suministro ni habilitará conexiones sin que la Factibilidad se otorgue y sin que se realicen y habiliten previamente las obras que se establezcan en la misma. Para la obtención de la Factibilidad el solicitante deberá iniciar el correspondiente expediente administrativo o el mecanismo que la DPEC establezca, efectuando la presentación que contenga: Datos del solicitante y carácter del suministro. Cálculo de la potencia máxima demandada y tipo de acometida prevista. Copia del Plano Municipal. Proyecto a presentar a la Municipalidad y documentación complementaria, que contengan los siguientes datos:  Memoria Descriptiva.  Plano de Instalación eléctrica en planta.  Asignación de potencias a bocas, toma corrientes y por circuitos.  Factores de simultaneidad adoptados.  Diagrama unifilar de la instalación, con detalle de circuitos, tableros y protecciones.  Croquis y descripción de la acometida, del alimentador principal y el tablero general.  Constancia de pago de la tasa administrativa si correspondiere.  Cualquier otro detalle, que se estime necesario para evaluar la instalación y la carga demandada. Desde la recepción del pedido de Factibilidad la DPEC emitirá su informe dentro de los treinta (30) días corridos posteriores. Cuando la solicitud no sea clara, no cumplimente con los requisitos mínimos o incluya errores a criterio de la DPEC se informará al solicitante para su corrección volviendo el plazo inicial para expedirse contado a partir de la fecha recepción de las actuaciones corregidas. La Factibilidad tendrá una vigencia de ocho (8) meses de la fecha de emisión. Cumplido este plazo, y no habiendo pedido de actualización, la misma caducará y será necesario un nuevo pedido si se insistiera en la solicitud. De acuerdo a lo establecido por el informe de Factibilidad, la DPEC podrá convenir con el solicitante o usuario las tareas de construcción o provisión de nuevas    

173


Horacio García

redes o elementos o readecuación de existentes según lo indicado en el Art. 4-1 del RGSE.

Instalaciones requeridas Disposiciones comunes: La acometida será aérea o subterránea según la red de distribución existente y en servicio. En el caso de que coexistan ambos tipos de redes, la D.P.E.C. determinará a cual de las mismas se efectuará la conexión. El recinto que alberga al medidor se ubicará siempre sobre la línea municipal de edificación, embutida en fachada o sobre pilar construido a este efecto. Las acometidas a suministros con una demanda máxima de 7,5 kW o mayores serán siempre trifásicas, salvo excepciones expresamente autorizadas por la D.P.E.C. Si se utiliza pilar de acometida este podrá ser mampostería o premoldeado de hormigón, construido o provisto por el usuario. La caja para medidor y la placa soporte del mismo serán de material aislante, provistos e instalados por el usuario. La distancia entre el gabinete del medidor y el interruptor general del suministro no excederá a un metro. Este contendrá las protecciones necesarias establecidas en la Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina, las que serán provistas e instaladas por el usuario. La vinculación entre caja de medidor y caja del tablero general del usuario se hará mediante caño de PVC de 3,2 mm de espesor, o manguera para uso eléctrico. La conexión se efectuará con conductor de cobre aislado en XLPE o PVC, de sección adecuada a la carga, provisto por el usuario e instalado al momento de la conexión a la Red por parte de la D.P.E.C. No se admitirán derivaciones desde el medidor a otros tableros, ni el pasaje de cualquier otro tipo de conductores por las cajas de toma y medición. La Puesta a Tierra general de la instalación se realizará de conformidad a las normas municipales. No se pondrán a tierra la caja del medidor, ni el neutro de la acometida, ni el neutro de la bornera del medidor, estos dos últimos, salvo disposición expresa de la DPEC. En suministros donde la demanda fuera de 20 kW o superior, la DPEC podrá exigir la instalación de una puesta a tierra de servicio, consistente en unir rígidamente a tierra el conductor neutro de acometida y sus referencias de las borneras así como el valor de la resistencia óhmica de la toma de tierra. Esto se hará de conformidad a las condiciones de servicio en el lugar del emplazamiento y será solicitado en el trámite de factibilidad de suministro. El medidor o equipo de medición será provisto en instalado por la DPEC. En los casos en que se utilicen cajas de toma o de paso, la vinculación mecánica y las conexiones entre ésta y la caja de medidor o medidores se realizará mediante cañerías individuales, con los mismos elementos que entre la caja de medidor y caja de tablero general. Las excepciones previstas para vinculaciones a la red de distribución se citan en el punto 6. 















 



Disposiciones particulares para acometidas aéreas: Las acometidas desde la Red aérea se realizarán: Para suministros monofásicos mediante conductor concéntrico, salvo casos excepcionales expresamente autorizados por la D.P.E.C. en los que se utilizará conductor preensamblado de cobre de sección adecuada. Para suministros trifásicos, tres conductores concéntricos con sus conductores exteriores unidos en la acometida a la bornera de medidor y conectados al neutro, o conductor preensamblado de cobre aislado en XLPE. Los conductores se conectarán a la Red de Baja Tensión mediante conectores de derivación aislados, bimetálicos, herméticos, aptos para intemperie, con portafusible incorporado para el conductor de fase y del tipo de contacto 





174


















Horacio García

adecuado al conductor de acometida para el conductor de neutro, del tipo monocontacto para concéntrico o doble dentado para preensamblado. Los conductores de acometida y los conectores de derivación serán provistos por la DPEC. Opcionalmente el solicitante podrá proveerlos y a requerimiento de la DPEC en el momento de la solicitud de servicio, caso en el cual se deducirá el valor calculado del costo de los elementos y su montaje, según la discriminación establecida en el Cuadro Tarifario. Se utilizará caño de bajada de acero galvanizado con recubrimiento interior aislante, para pilar premoldeado o de mampostería, o caño de PVC de 3.2mm de espesor, para embutidos en fachada, ambos con un diámetro mínimo de 32 mm, y de iguales características de 38 mm de diámetro mínimo para suministros trifásicos o monofásicos dobles, provistos e instalados por el usuario. En el caso de que la salida a la instalación del usuario sea aérea desde el pilar, se deberá instalar un caño de salida desde la caja del tablero principal de características similares y altura máxima 0,50 m. menor que el de entrada, no debiendo existir ninguna vinculación mecánica entre ambos. Se utilizará pipeta de material aislante para el ingreso de conductores fijadas mecánicamente al caño mediante rosca o tornillo de sujeción. El ingreso de los conductores a la cañería de acometida no estará sometida a tiro mecánico, arbitrándose los medios para evitarlo sujetándose los cables al caño previo del ingreso al mismo, con los accesorios necesarios para mantener la doble aislación. Se admitirán hasta dos (2) acometidas monofásicas por caño de bajada, debidamente identificadas con precintos plásticos, que accederán a una caja de paso, provista e instalada por el usuario, o bien podrá instalarse un caño de bajada con un acople “T” que permita independizar los conductores de acometidas. En instalaciones para 3 (tres) suministros monofásicos o 2 (dos) o 3 (tres) trifásicos, se admitirá una única acometida trifásica (cuando no se utilicen bajadas independientes) previamente vinculada a una caja de toma. En estos casos, así como en bajada para 2 (dos) suministros monofásicos, donde además las salidas a la instalaciones de los usuarios sean aéreas desde el pilar, se deberán instalar un caño de salida desde cada caja de tablero principal, de características similares y altura máxima 0,50 m. menor que el de entrada, no debiendo existir ninguna vinculación mecánica entre cada una de ellas. Para instalaciones de más de tres (3) suministros regirá lo dispuesto en el Anexo 2 del RGSE. Las acometidas sobre balcones y aleros deberán respetar las siguientes distancias mínimas:  Tejados y azoteas: Hacia arriba 2,50 m; hacia abajo 1,25 m y sobre cumbrera 0,40 m.  Ventanas, ventanales y similares: Desde el alféizar hacia arriba 2,50 m y hacia abajo 1,25 m.  Desde el marco lateralmente 1,25 m.

Disposiciones particulares para acometidas subterráneas: Las acometidas desde la Red subterránea se realizarán a una caja de toma trifásica, que contendrá los elementos de conexión y protección establecidos en el punto 3.4.1., cuya provisión e instalación estarán a cargo del usuario. Los conductores de conexión a la red subterránea serán provistos e instalados por la D.P.E.C. El conductor de vinculación entre caja de toma y recinto del medidor será unipolar de cobre con aislación XLPE o PVC. Se admitirán hasta tres (3) suministros monofásicos o trifásicos desde la caja de toma, desde la que se accederá por cañerías independientes a cada caja de medidor. 





175


Horacio García

Características técnicas de los materiales y elementos: Caja de medidor: De material aislante, no higroscópico auto extinguible, del tipo alveolar de alta rigidez dieléctrica. Estanqueidad requerida por la IRAM 2066 y grado de protección IP54. Alta protección certificada contra radiación ultravioleta. El 40% de la superficie de la tapa será transparente como mínimo. Angulo de apertura mínimo 90º. Rigidez mecánica suficiente como para soportar una carga superior distribuida de 100 kg. sin presentar deformaciones. Para la traba de apertura y cierre contará con un tornillo de bronce o latón de 5/8´ operable con llave especial y apta para precintos del tipo “snap seal”. Contará con una placa soporte de PVC para el medidor o el espacio y refuerzos para ubicar los tornillos de la placa a adicionar. Acoples y niples de conformidad a las cañerías de acometidas. Las acometidas desde la red y hacia el tablero general se harán por los espacios previstos por el fabricante exclusivamente. Las dimensiones mínimas serán: para monofásicas 255 mm de alto, 175 mm de ancho y 160 mm de profundidad; para trifásicas 375 mm de alto, 240 mm de ancho y 160 mm de profundidad. La altura de montaje no será superior a 1,80 m ni inferior a 1.50 m, medidos desde el nivel de vereda y hasta el borde superior de la caja. En caso de que se coloquen dos cajas, una encima de la otra, la altura máxima del borde superior de la caja de arriba será de 1,80 m. y la altura mínima del borde inferior de la de abajo será de 0,80 m. 

    





 





Placa soporte del medidor: Serán de material aislante (PVC) de tamaño apto par el medidor a instalar y de dimensiones acorde a la caja del medidor. Se instalará mediante tornillos a la parte posterior del recinto del medidor. 



Caja de toma: Independientemente de la acometida y del tipo de suministro será siempre trifásica. De material aislante, no higroscópico auto extinguible, del tipo alveolar de alta rigidez dieléctrica. Estanqueidad requerida por la IRAM 2066 y grado de protección IP54. Alta protección certificada contra radiación ultravioleta. La tapa será de material aislante que asegure las mismas condiciones exigidas para el cuerpo principal, debiendo contar con un área transparente que asegure una fácil observación de todos los elementos instalados en el interior sin necesidad de abrirla. Angulo de apertura mínimo 90º y rigidez mecánica suficiente como para soportar una carga superior distribuida de 100 kg. sin presentar deformaciones. Para la traba de apertura y cierre contará con un tornillo de bronce o latón de 5/8 operable con llave especial y apta para precintos del tipo “snap seal”. Acoples y niples de conformidad a las cañerías de acometidas. Las acometidas desde la red y hacia el recinto del medidor se harán por los espacios previstos por el fabricante exclusivamente y el cableado mediante conductor de cobre aislado en XLPE de sección mínima de 4mm² y formación no menor a 7 hilos. Las dimensiones serán aptas para contener los accesorios de vinculación y las protecciones del equipo de medición, estableciéndose como medidas mínimas las siguientes: 375 mm de alto, 240 mm de ancho y 160 mm de profundidad. Serán siempre trifásicas formadas por dos (2) borneras tetrapolares de 100 A unidas por barras de cobre, una bornera operará para el ingreso del conductor de acometida exclusivamente y la segunda de soporte de las barras. Desde las barras se acometerá con conductor de cobre aislado en XLPE o PVC (sección 



  





 





176






Horacio García

mínima 4 mm²) a las bases portafusibles Diazed al igual que el neutro que se derivará de la barra respectiva hasta el neutro de entrada de entrada de la bornera del medidor correspondiente. La conexión eléctrica deberá asegurarse a fin de evitar falsos contactos, sobre elevación de temperatura, etc. utilizando terminales a compresión acorde a la sección de los conductores en los ingresos a las barras, borneras y bases portafusibles dando un apropiado ajuste y la utilización de materiales normalizados. La caja de toma se entregará instalada sobre fachada o pilar, armada con las borneras, barras y portafusibles montados sobre soporte aislante de material no higroscópico (PVC) que se dispondrá con tornillos de sujeción sobre la pared posterior de la caja, la cual tendrá los refuerzos y espacios para alojar los tornillos. Además deberá proveerse este gabinete con el cableado entre las barras y las bases Diazed, y los conductores y terminales necesarios para vincular el neutro desde la barra y desde la bases portafusibles hasta las borneras de los medidores. Las dimensiones mínimas de las barras serán de 0,1 cm de espesor, 2 cm de ancho y 15 cm de largo y el elemento fusible mínimo Diazed será de 50 A. La caja de toma servirá para vincular hasta tres (3) suministros independientemente que sean trifásicos o monofásicos y se dimensionarán de conformidad a la carga a suministrar. La altura de montaje no será superior a 1,80 m. (borde superior) ni inferior a 0,60 m. (borde inferior), medidos desde el nivel de vereda y hasta el borde superior de la caja.

Caño de acometida: Para acometidas aéreas sobre pilar serán de hierro galvanizado de sección mínima exterior 32 mm (1¼”) y 25,4 mm interior (1”). Serán preferentemente del tipo con revestimiento interior de material sintético. Las alturas permitidas del caño en pilar serán como máximo 4,50 m y como mínimo 3,50 m., medidos desde el nivel de vereda y hasta el borde superior de la pipeta. Para embutidas en fachada el mínimo se establece en 3,20 m. Para cañería embutida en fachada podrá optarse además por caño de PVC flexible apto para uso eléctrico, semipesado, rígido, liso y de sección equivalente al de hierro galvanizado. La cañería para vinculación entre recintos de medidor, caja de toma y tablero general podrán utilizarse mangueras de uso eléctrico o el caño de PVC citado anteriormente. 

 





Pipeta y curva: Para acometidas con cañería embutida se utilizarán curvas de 90º y en pilar pipeta. Serán de PVC semipesado o bien de baquelita. Se montarán de manera de asegurar que no ingrese agua de lluvia. Se ajustarán mediante rosca o tornillo de sujeción y su sección será la adecuada a la sección de la cañería de acometida. 

  

Pilar de acometida: Se utilizarán cuando la fachada del inmueble del suministro se halle retirada de la línea municipal de edificación. Serán construidos para destino exclusivo de la acometida y la medición en la línea municipal de edificación. Deberán reunir las condiciones normales de aislación de la humedad, fundaciones, nivelación y calidad de materiales y que cumplan con las normas de las reglas del buen arte en la materia. Podrán ser mampostería, con revestimiento a criterio del proyectista o premoldeados de hormigón que satisfagan las condiciones citadas anteriormente. Como guía se establecen las siguientes medidas standard 450 mm de frente, 450 mm de profundidad y 2000 mm de alto. 







177


Horacio García

Conductor concéntrico: Serán de cobre del tipo antihurto de 7 hilos para el conductor central (fase) y 29 hilos para la malla (neutro) como mínimo. Cumplirán con los requerimientos de la Normas IRAM 2178 y 2263 En su instalación en cañería ocuparán un máximo del 35% del espacio interior incluyendo la aislación. La doble aislación requerida será de polietileno reticulado (XLPE) La sección mínima admitida será de 4/4 mm². 

 

 

Conductor de cobre con aislacion xlpe: Serán de cobre aislado en polietileno reticulado XLPE. Responderán a las norma IRAM 2183 de formación mínima de 7 hilos y no propagante de llama La sección mínima será de 4 mm².  



Conductor preensambaldo de cobre: Fabricados según norma IRAM 2164 de sección mínima de 6 mm². Se utilizarán solo para acometidas trifásicas. Aislados en XLPE.   

Conector de acometida para neutro: Serán aislados, bimetálicos, herméticos de cuerpo termoplástico, del tipo antifraude (apto para instalaciones con conductores concéntricos) Estarán provistos de simple dentado, la conexión a la malla del conductor concéntrico se hará a través de una superficie no dentada. Se ajustarán a las normas IRAM 2435 y 2443. Contarán con tuerca fusible limitadora del torque de ajuste. Serán para 1,1 kV y aptos para su utilización a la intemperie. 



  

Conector de acometida de fase Serán aislados, bimetálicos, herméticos de cuerpo termoplástico, del tipo antifraude (apto para instalaciones con conductores concéntricos) Se ajustarán a las normas IRAM 2435 y 2443. Contarán con tuerca fusible limitadora del torque de ajuste. Serán para 1,1 kV y aptos para su utilización a la intemperie. Estarán provistos de un portafusible de cuerpo termoplástico, aptos para fusibles Neozed de hasta 63 A. El ajuste del fusible se hará mediante resorte de acero inoxidable y contactos planos de cobre estañados. 

   



Kit de acometida: Se podrán utilizar todos aquellos cuyos componentes y elementos constitutivos satisfagan los requerimientos previstos para conectores y conductor de acometida. Se podrán considerar otras alternativas que pueda ofrecer el mercado eléctrico cuya prestación y tecnología resulten superadoras al amparo de la certificación dadas por las Normas IRAM, IEC o internacionales de prestigio y a consideración de esta DPEC. 



Habilitación y puesta en servicio: Habilitación: Previa a la habilitación de un suministro y su posterior puesta en servicio el solicitante deberá cumplimentar: Haber suscripto la solicitud de servicio. Disponer de las instalaciones en un todo de acuerdo a lo exigido en presente Anexo, para lo cual se deberán tener instalados al momento de la conexión los materiales y elementos requeridos en cantidad y calidad correspondientes. Cumplimentar con las exigencias municipales de puesta a tierra y tablero general con las protecciones correspondientes instaladas. Estar presente el solicitante o alguien que lo represente.  





178


Horacio García

Puesta en servicio: Habiéndose cumplido con lo anterior se pondrá en servicio las instalaciones según el siguiente procedimiento: Se completará la vinculación a la red de suministro mediante los accesorios requeridos. Se montará el medidor en el recinto, solicitándose al usuario que mantenga el interruptor general en posición apagado. Se tomarán y verificarán las tensiones de alimentación en la bornera del medidor. Se leerá el estado de registrador del medidor el cual se asentará en el formulario de Alta de Suministro conjuntamente con los datos del usuario, tarifa, identificación del medidor y de los precintos. Se procederá luego accionando el interruptor general del usuario con alguna carga conectada, verificando este evento en el mecanismo registrador del medidor. Se verificarán la secuencia de fases y el correcto giro de los motores trifásicos, si correspondiere. Se procederá a precintar la bornera del medidor y la tapa. Finalmente se invitará a suscribir el Alta de Suministro al usuario dejándose copia al mismo. 











 

Condiciones particulares de operación y funcionamiento: Las operaciones en la red de suministros esperadas con motivo de la explotación del servicio eléctrico, así como el mantenimiento preventivo y por demanda son de exclusiva prestación y jurisdicción de la DPEC, no permitiéndose bajo ningún concepto participación alguna en estas tareas de terceros. Para mantener las instalaciones en condiciones normales de funcionamiento el usuario deberá: Mantener a su costo las instalaciones civiles que contengan al medidor, y comunicar a la DPEC de cualquier anormalidad que detectare.(Art. 2.7. RGSE) Atender a las recomendaciones del reglamento para instalaciones eléctricas en inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina. Cumplir con las normas municipales de instalaciones eléctricas. No incrementar la demanda de potencia por sobre el valor de 7,5 KW para suministros monofásicos ó 50 KW en suministros trifásicos, sin previa autorización expresa de la D.P.E.C. Mantener el factor de potencia de su instalación de conformidad a las exigencias de la Compañía Administradora de Mercado Eléctrico Mayorista, o la que la reemplace en el futuro (Art. 2.5. RGSE), y cualquier otro requerimiento de calidad exigible a la DPEC y transferible a sus usuarios que se dictare con posterioridad a este Reglamento y sus Anexos. Por su parte la DPEC deberá: Proveer energía eléctrica en condiciones técnicas adecuadas en una tensión 220 V ± 5% y 380 V ± 5%, para instalaciones monofásicas y trifásicas respectivamente. Mantener el equipo de medición en un ±3% máximo de error en el registro de la energía consumida (Art. 4.2 RGSE). Disponer de las medidas técnicas y administrativas que crea conveniente para asegurar la prestación y calidad de servicio a sus usuarios. 



 









Disposiciones especiales: Suministros de uso transitorio: Se considera dentro de esta categoría a aquellos tales como obras de servicio en la vía pública o aquellos que cuya duración no exceda los sesenta (60) días. Para los mismos se proveerá de un único gabinete que reúna caja de toma, recinto del medidor y el tablero general del usuario (Monoblock), con las siguientes características: Mantendrán las exigencias constructivas prescritas por este Anexo. Se adaptarán al tipo de acometida. La instalación mecánica al poste o columna se hará mediante zunchos o abrazaderas y el ingreso y egreso de los conductores se practicará por la parte   

179












Horacio García

inferior del gabinete incluyendo en este caso acople plástico por nipple con doble tuerca y junta hermética a fin de asegurar la estanqueidad. Las protecciones incluidas en la caja de toma serán las exigibles por las normas municipales para tableros generales de vivienda y de conformidad a la carga que alimentará. El tablero general del usuario usuario será una gabinete adosado o incluido en el “monoblock” de material aislante de idénticas características a los anteriores con cerradura tipo ranura apto para intemperie con el interruptor general con protección termo magnética y diferencial. Este gabinete monoblock será provisto por la DPEC a título de depósito (Art. 2202 y 2205 del del Código Civil) siendo la propiedad del del mismo exclusiva de la DPEC. Excepcionalmente y cuando la DPEC no pueda proveer este equipo, el solicitante podrá proveerlo, bajo la expresa autorización, aprobación, oportunidad y consideración del caso por parte de esta DPEC y precintará el mismo. Para energía de obra se dispondrá la utilización de una caja para el medidor a la intemperie, la misma deberá ajustarse a las exigencias establecidas en este Anexo, su instalación mecánica se hará mediante zunchos o abrazaderas de sujeción al poste y el ingreso y egreso de los conductores se practicará por la parte superior del recinto incluyendo en este caso acople plástico por nipple con doble tuerca y junta hermética a fin de asegurar la estanqueidad.

Aumento de demanda: Los aumentos de demanda previstos por los usuarios del servicio deberán ser comunicados con anticipación a la DPEC (Art. 2.4. RGSE), de modo que la misma verifique que las instalaciones, la red de distribución y los elementos de acometida y medición existentes sean adecuados. En caso de que el aumento supere los 7,5 KW en instalaciones monofásicas, la DPEC podrá exigir que el usuario adecue a su cargo sus instalaciones internas y de acometida a trifásicas, abonando los cargos administrativos correspondientes. Cuando el aumento alcanzare o superare los 20 kW de demanda máxima, se exigirá como trámite previo obtener la Factibilidad Técnica de Suministro. Normalización de acometidas existentes: La DPEC se reserva el derecho de oficio, bajo su jurisdicción y costo, de adecuar las acometidas existentes a los presentes requerimientos, consistente en adecuar los sistemas de medición y vinculación a los requerimientos de servicio que bajo su concepto deban realizarse a fin de dotar seguridad a las acometidas, las personas, la confiabilidad en la registración de consumo, etc.; para lo cual podrá producir eventos sin que ello sea causal de objeciones. A tal fin se notificará a los usuarios de las tareas de normalización a encarar, disponiendo el cambio de conductores, conectores, soportes, gabinetes, etc. y de lo que entienda necesario para la correcta prestación del servicio así como de incorporar sistemas y elementos a fin de garantizar el suministro y la medición del servicio prestado. Los eventos comerciales efectuados por usuarios del servicio tales como cambio de titularidad, y aquellos que signifiquen una nueva Alta del suministro, implicarán la adecuación por parte del titular a las condiciones del presente Anexo. Podrán establecerse excepciones respecto de la aplicación irrestricta de este Anexo siempre y cuando se pueda garantizar la seguridad de las personas y de los bienes, asegurar la confiabilidad de la instalación y preservar el concepto de protección contra hurto manifestado en el desarrollo del presente. No obstante lo enunciado la DPEC se reserva bajo su exclusivo excl usivo juicio la aceptación de casos por vía de excepción.

180


Horacio García

CAPÍTULO 5 CANALIZACIONES





Sistemas de canalizaciones. Líneas de acometida. Líneas de servicio. Conductores alimentadores. Derivación de circuitos o ramales. Responsabilidades. Reglas de seguridad. Reglas de instalación: Conductores aislados colocados en cañerías: embutidas o a la vista. Conductores enterrados: directamente o en conductos.

181


Horacio García

Sistemas de canalizaciones: Los sistemas de canalización y los artefactos eléctricos pequeños requieren de equipos sencillos y baratos para su comprobación. Se describirán los principios básicos de canalización eléctrica. Siempre que se hagan comprobaciones eléctricas hay que tomar las precauciones del caso. Se describirá, a continuación, las diferentes secciones de un circuito de canalización. Líneas de acometida: Se le llaman líneas de acometida a los dos o tres conductores que, partiendo de las líneas de abastecimiento de la empresa que presta el servicio conducen la energía eléctrica hasta los inmuebles. Para el servicio de 220 volts, son sólo dos líneas de acometida (fase y neutro). Las líneas de acometida pueden ser aéreas o subterráneas.

Alimentación subterránea subterránea

Alimentación aérea aérea

Si se observa en particular la instalación subterránea, se debe agregar que la caja de toma está destinada a la colocación de los fusibles, y se encuentra a una altura de 60 cm. hasta 120 cm. desde el nivel de la vereda y hasta el borde inferior de la caja. En los casos de zonas inundables, el borde inferior se colocará a una altura superior, sobrepasando los 20 cm. el nivel más alto alcanzado por la mayor inundación. La llegada de los cables de alimentación que van desde la caja subterránea de empalme de la red hasta la toma, se hace por una canaleta vertical, tal como enseña la figura de la derecha, que saldrá de la toma y llegará hasta 50 cm. por 182


Horacio García

debajo del nivel de la vereda. Esta canaleta será de 20 cm. de ancho por 20 cm. de profundidad, y deberá taparse con materiales similares al revestimiento de la pared exterior. Esta canaleta deberá permitir el recambio de conductores en caso necesario. A partir de los medidores, la instalación es responsabilidad del propietario de la casa, pero desde la caja de toma hasta el medidor, deben seguirse lineamientos especificados por las autoridades y por la empresa distribuidora de energía. Puede presentarse el caso de que el medidor esté junto a la caja de toma, como ocurre con las viviendas de una sola unidad a la calle, pero cuando la vivienda es colectiva, se suele destinar un local especial para instalar todos los medidores.

Líneas de servicio: Los conductores que se utilizan para el suministro de energía eléctrica desde las líneas o equipos inmediatos del sistema de abastecimiento hasta los medios principales de desconexión y protección contra sobrecargas de corriente de instalación servida, se les llaman de líneas de servicio o líneas de entrada, o sea, que las líneas de acometida forman parte de las líneas de servicio. Conductores alimentadores: A los conductores entre el interruptor principal, fusibles principales y fusibles de las derivaciones de circuitos se les llama conductores alimentadores. Estos conductores alimentadores no existen cuando se omiten los fusibles principales. Derivación de circuitos o ramales: En la canalización, los conductores que van después del último dispositivo de protección y que llevan la energía a las luces y aparatos eléctricos se llaman circuitos derivados o ramales. Entre los conductores alimentadores y las derivaciones de circuitos debe haber un circuito de protección contra sobrecargas de corriente, puede ser un fusible o interruptor automático, para proteger los alambres de las derivaciones de circuitos en caso que ocurra un cortocircuito en un aparato o bien, la propia canalización. Responsabilidades: El suministro de energía eléctrica hasta los conductores de servicio, es responsabilidad de la empresa que presta el servicio. Por el contrario, cualquier desperfecto que exista en el alambrado del edificio o casa, es responsabilidad del dueño. El operario debe saber cómo comprobar los interruptores, los receptáculos de contacto, cajas de conexión y los dispositivos que se conectan al circuito eléctrico, así como los defectos que puedan presentarse en el alambrado propiamente dicho. Reglas de seguridad: Siempre que se prueben las instalaciones eléctricas o se cambien los fusibles debe hacerse con sumo cuidado considerando la posibilidad de que hay energía eléctrica. Esta es una medida de precaución para evitar un choque eléctrico. Es conveniente que no se toquen al mismo tiempo la fase y el neutro. No es conveniente pararse en piso mojado; para ello utilizar una tabla como elemento aislante. Usar zapatos con suelas de caucho y herramientas con mango aislado.

183


Horacio García

Reglas de instalación Consideraciones generales Proyecto eléctrico: No se deberán realizar instalaciones eléctricas sin la existencia previa de un proyecto que constará de planos y memoria técnica. Elementos de la instalación: Todos los elementos que formen parte de la instalación eléctrica deben responder a las correspondientes normas aprobadas por IRAM (Instituto Argentino de Racionalización de los Materiales). Montaje y ubicación de los elementos de la instalación: Los elementos de la instalación eléctrica deberán ser montados de manera que permitan la realización de las tareas de verificación y mantenimiento. Conexión de conductores: Las uniones y derivaciones de conductores de secciones de hasta 2,5 mm2 inclusive, podrán efectuarse intercalando y retorciendo sus hebras. Las uniones y derivaciones de conductores de secciones mayores a 2,5 mm 2 deberán efectuarse por medio de borneras, maguitos de identar o soldar, u otro tipo de conexiones que aseguren una conductividad eléctrica por lo menos igual a la del conductor original. Para agrupamientos múltiples (más de tres conductores) deberán utilizarse borneras de conexión. Las uniones y derivaciones no podrán someterse a acciones mecánicas y deberán cubrirse con un aislante eléctrico de características equivalentes al que poseen los conductores. Tipos de canalización: a) Instalaciones o a la vista: 1) Conductores sustentados por aisladores. 2) Conductores apoyados en bandejas. 3) Conductores subterráneos sustentados por soportes o ménsulas. 4) Conductores alojados en tuberías a la vista. b) Instalaciones embutidas: 1) Conductores alojados en tuberías embutidas. 2) Conductores alojados en canales embutidos. c) Instalaciones subterráneas: 1) Conductor subterráneo directamente enterrado. 2) Conductor subterráneo alojado en tubos o canales enterrados. La siguiente tabla muestra un resumen de lo dicho anteriormente: 









Tabla de tipo de instalaciones y sus características

184


Horacio García

Instalaciones con conductores aislados en cañerías Agrupamiento de conductores en un mismo caño Todos los conductores pertenecientes a una misma línea, cuando estuvieren protegidos dentro de un caño metálico, deberán estarlo en conjunto y no individualmente. Esta medida comprende al conductor de protección. Las líneas seccionales deberán alojarse en caños independientes. No obstante, se admitirán en un mismo caño aquellas líneas seccionales que correspondan a un mismo medidor. Las líneas de circuitos de alumbrado y de tomacorrientes (usos generales) podrán alojarse en una misma cañería; contrariamente, las líneas de circuitos de conexión fija o de circuitos especiales, deberán tener cañerías independientes para cada una de ellas. En un mismo caño se podrán alojar como máximo, tres líneas de circuito (uso general), siempre que pertenezcan a la misma fase, la suma de sus cargas máximas simultáneas no excedan los 20 amper y número total de bocas de salida alimentadas por estos circuitos en conjunto, no sea superior a 15 unidades. En todas las cajas donde converjan líneas de diferentes circuitos los conductores deberán estar identificados, de manera de evitar que, por un error, pueden interconectarse conductores de fase entre sí o neutros entre sí, de diferentes circuitos. En una misma boca de salida no podrán instalarse elementos alimentados por diferentes circuitos. 











Diámetro mínimo de los caños: El diámetro mínimo interno de los caños se determinará en función de la cantidad, sección y diámetro (incluida la aislación) de los conductores, de acuerdo a la siguiente tabla:

Para los casos no previstos en la tabla, el área total ocupada por los conductores, comprendida la aislación, no deberá exceder el 35% de la sección interna del caño. El diámetro mínimo interno de los caños que alojen líneas principales y seccionales deberá ser de 13,5 mm. El diámetro interno mínimo de los caños que alojen líneas de circuito deberá ser de 12,5 mm.

Colocación de caños y cajas Unión entre caños: Los caños se unirán entre sí mediante accesorios adecuados que no disminuyan su sección interna y que aseguren la protección mecánica de los conductores. Cuando se empleen caños metálicos deberá garantizarse la continuidad eléctrica de la cañería.

185


Horacio García

Unión entre caño y caja: Las uniones de caños y cajas deberán efectuarse mediante conectores o, tuerca y boquilla. La tuerca se dispondrá en la parte exterior de la caja y la boquilla en su parte interna. Colocación de cajas de paso: Para facilitar la colocación y el reemplazo de conductores deberá emplearse un número suficientes de cajas de paso. No se admitirán más de tres curvas entre dos cajas. En tramos rectos y horizontales sin derivación deberá colocarse como mínimo, una caja cada 12 metros y en tramos verticales una caja cada 15 metros. Las cajas de paso y de derivación deberán instalarse de tal modo que sean siempre accesibles. Consideraciones para caños en forma de “U”: Cuando no sea posible evitar la

colocación de caños en forma de “U” u otra forma que facilite la acumulación de agua se colocarán únicamente cables aislados con vaina de protección, que respondan a las normas IRAM.

Curvado de los caños: Las curvas realizadas en los caños no deberán efectuarse con ángulos menores de 90°. Además deberán tener como mínimo los radios de curvatura indicados en la siguiente tabla:

Colocación de los conductores: Antes de instalar los conductores deberán haberse concluido el montaje de caños y cajas y completado los trabajos de mampostería y terminaciones superficiales. Deberá dejarse una longitud mínima de 15 cm. de conductor disponible en cada caja a los efectos de poder realizar las conexiones necesarias. Los conductores que pasen sin empalme a través de las cajas deberán formar un bucle. Los conductores colocados en cañerías verticales deberán estar soportados a distancias no mayores de 15 metros mediante piezas colocadas en cajas accesibles y con formas y disposiciones tales que no dañen su cubierta aislante. No se permiten uniones ni derivaciones de conductores en el interior de los caños, las cuales deberán efectuarse exclusivamente en las cajas. Código de colores Fase R color: negro. Fase S color: marrón. Fase T color: rojo. Neutro color: celeste. Puesta a tierra color: verde y amarillo. Retorno color: gris o blanco. Secciones mínimas de los conductores Líneas principales: 4 mm. Líneas seccionales: 2,5 mm. Líneas de circuitos usos generales: 1,5 mm. Líneas de circuitos usos especiales y/o conexión fija: 2,5 mm. Derivaciones, retorno a los interruptores: 1 mm. Conductor de protección: 1,5 mm. 186


Horacio García

Prescripciones particulares para cañerías embutidas Instalaciones colocadas en tubos embutidos: Es el sistema más generalizado en la vivienda moderna. Permite una terminación adecuada de paredes y techos, estéticamente acorde con la arquitectura moderna, y es completamente seguro si se ha efectuado con todos los requisitos que la práctica indica. Los conductores se alojan en tubos que se colocan durante la construcción de la vivienda, los que deben ser reglamentarios. Estos caños deben poderse curvar con facilidad, ser prácticamente rectos y de sección circular suficiente para poder admitir la cantidad de conductores que señalan las tablas reglamentarias. El espesor debe ser uniforme para que su resistencia mecánica no ofrezca puntos débiles. Las superficies deben ser perfectamente lisas interior y exteriormente, para no dañar a los conductores y para que al curvarlos no presenten defectos. En los extremos, los bordes deben ser cuidadosamente retocados con lima para evitar que los bordes filosos ocasionados por el cortado puedan dañar la aislación de los cables. Por otra parte, los años metálicos deben ser esmaltados para evitar la corrosión, y este esmalte debe ser de buena calidad. Los caños metálicos embutidos en hormigón sufren poco los efectos dela humedad. Los acabados de cal o de yeso son corrosivos estando húmedos. En las instalaciones embutidas se usan caños metálicos rígidos y de PVC rígidos y flexibles. No se deben usar caños metálicos flexibles. Los caños flexibles tienen el inconveniente de que no adoptan la forma completamente recta, facilitando la acumulación de agua de condensaciones en las partes bajas. En la siguiente figura se puede ver la forma en que se arma una caja rectangular embutida en la pared:

Despiece de una caja rectangular con llave de un punto, toma y acometida de caño

Por el muro llega el caño metálico (o de plástico). En caso de ser metálico, penetra en una abertura que la caja tiene estampada, y que puede ser fácilmente removida por medio de un golpe. La fijación del caño a la caja se hace con una tuerca en la parte externa, y una boquilla de aluminio en la parte interior. La boquilla preserva a los conductores de los bordes filosos del caño. En la parte frontal se colocan los elementos asignados (interruptor y tomacorrientes), y se inmoviliza por medio de dos tornillos a las “orejas” de la caja, arriba y debajo de la misma. Tapando el conjunto, se coloca una chapa con las aberturas adecuadas para los elementos (bastidor). Las instalaciones embutidas en tubos, se ejecutan colocando primeramente los tubos en las paredes y techos. Una vez lista la parte de tubo y cajas, se procede a colocar los conductores, tal como se puede apreciar en la siguiente figura:

187


Horacio García

Cableado de instalación empotrada con cinta pasacable

Se pasa primero la cinta pasacables, que es un fleje de acero flexible (o de PVC), que se hace penetrar por el agujero de la caja del techo, hasta que aparezca por la caja de la llave. Al extremo de la cinta se le fija, con un adecuado nudo provisorio, el extremo del conductor (o conductores) que se desean pasar. Luego se tira del extremo libre en la caja de pared haciendo penetrar los conductores guiados por la cinta de acero, que así va dejando el caño. Las flechas de la figura indican el sentido de circulación del conjunto. En los entrepisos de hormigón armado, las cajas de techo se colocan directamente sobre el encofrado, unidas a las cañerías, como se indica en la siguiente figura por medio de tuercas y unas boquillas protectoras de los conductores:

Acometida de caño a caja rectangular

El conjunto se apoya sobre las maderas del encofrado sujetándose con clavos y alambres en la forma que mejor convenga. Luego se puede hormigonear. Una vez que ha fraguado, se retiran las maderas y la instalación queda inmóvil, tal como muestra la figura:

Embutido de caja octogonal en cielo raso de hormigón

188


Horacio García

Cuando se deben colocar cajas en el piso, éstas con sus tuberías se apoyan directamente sobre la losa de hormigón ya construida, y luego, y luego, al colocar el contrapiso, la abertura de la caja queda en el nivel del mismo, tal como se muestra en la figura:

Embutido de caja octogonal en contrapiso de hormigón

Las cañerías que corren por la losa han de unirse a las que van por las paredes, y para esto, en los lugares donde sea necesario se dejan trozos como ilustra la siguiente figura:

Curva embutida en techo y pared

Si se trata de embutir caños en las paredes de mampostería común, se practican canaletas en la misma con un cortafrío y el caño se sujeta con clavos, como se muestra en la siguiente figura:

Canaleta en pared para canalización

Al llegar los tubos a los lugares en que irán ubicadas las llaves, tomas, pulsadores u otro accesorio, la cavidad se ensancha y allí se coloca la caja rectangular. Una vez colocada toda la tubería, se cierra con revoque para inmovilizar, como se ilustra en la siguiente figura:

Caja rectangular y caño embutidos en el revoque

189


Horacio García

Hay que cuidar de prever el revoque, para que al ser colocado éste, todo quede en un mismo nivel. Las canaletas verticales practicadas en los muros, se aconseja sean de: a) 3-4 cm. y b) 4-6 cm., según la figura de la izquierda; las líneas horizontales en los muros pueden hacerse siguiendo a los ladrillos, como se ve en la figura central y las horizontales debajo del techo conviene realizarlas según la figura derecha, con una profundidad mínima de 3 cm.

Diversas formas de realizar una canaleta según la canalización

Donde es necesario colocar codos o curvas, aún cuando los tubos puedan ser doblados con un radio no menor de seis veces su diámetro, hay que recordar que no son recomendables ángulos no menores de 90°. El reglamento indica que no puede haber más de cuatro curvas entre dos cajas. Cuando el recorrido es largo, son necesario aberturas de acceso para cualquier cambio o reparación, estipulándose que debe haber cajas de paso (cuadradas y/u octogonales) a distancias no mayores de 9 metros en tramos sin curvas. Las uniones de caños deben hacerse con acoples estando prohibidas las soldaduras. En los casos en que se requiera una instalación impermeable, todas las juntas deben pintarse con pintura metálica. Una importante precaución es la de instalar las cañerías con algo de pendiente para que no se acumule agua de condensaciones que inevitablemente se producen. Por esta razón deben evitarse la “U”, o colocar en su lugar conductor bajo plomo o PVC. Las cañerías y accesorios para cañerías embutidas en techos, pisos y paredes, deberán ser de acero pesado, semipesado o liviano. En caño termoplástico se admitirá embutido en las siguientes condiciones: La distancia entre la superficie de la pared terminada y el caño, no será inferior a 5 cm. Quedan exceptuadas las cañerías ubicadas en una franja comprendida entre 10 y 15 cm., tomada a partir de las aberturas de puertas y ventanas, medidas en la construcción de albañilería sin terminar y además en el entorno de las cajas. 



Instalaciones embutidas en canaletas: Se las utiliza industrialmente. Para ello se construyen canales de chapa embutidos en el piso o que se hacen solidarios al muro mediante patas especiales. Estos canales llevan también tapa de chapa que se atornilla. Dentro los cables pueden ir sujetos de formas muy variadas. Son sistemas cómodos porque permiten una rápida inspección, recambio y ampliaciones. Prescripciones particulares para cañerías a la vista y/o sobre cielorrasos suspendidos Instalaciones superficiales o “a la vista” colocadas sobre aisladores: En este tipo de instalación, los conductores se fijan a los aisladores por medio de un simple alambre, tal como se muestra en la figura:

Fijación de cable en aislador

190


Horacio García

En todas las líneas de este tipo debe evitarse que el recorrido se haga por debajo del piso, tuberías u otro lugar propenso a las condensaciones de agua. Debe evitarse asimismo el recorrido por paredes húmedas o ambientes con vapores químicos. Se especifica la altura mínima sobre el solado, que debe ser de tres metros, y se establece que la distancia mínima entre conductores y entre ellos y el paramento debe ser de 10 mm. en lugares secos, y de 50 mm. a la intemperie. Los conductores de distinta polaridad deben estar entre sí a 15 mm. como mínimo. La gran ventaja de este sistema de instalación es la facilidad de colocación, rapidez y la comodidad para efectuar reparaciones o modificaciones, pero está condicionado a los locales que por su estética lo permitan. La arquitectura moderna de la casa habitación lo ha desterrado por completo, dejándolo reservado a depósitos, galerías, galpones u otros lugares en que su presencia no es desagradable. Algunos sistemas de fijación de aisladores se pueden apreciar en la siguiente figura:

Fijación de aislador a la pared

Instalaciones superficiales a la vista colocadas dentro de tuberías: En esta forma constructiva los conductores corren por tubos sujetos a las paredes y techos, columnas o vigas. Antiguamente se usaban los tubos aislantes con envuelta de latón, pero hoy día esta técnica no se emplea, utilizándose los tubos de acero denominados livianos. Podrán utilizarse las cañerías metálicas que se utilizan para canalizaciones embutidas. Además podrán emplearse: Cañería de acero tipo liviano, esmaltadas o cincadas con uniones o accesorios normalizados. Cañerías formadas por conductores metálicos fabricados especialmente para instalaciones eléctricas a la vista, utilizando accesorios tales como cajas, codos, etc., fabricados especialmente para éstos. Caños metálicos flexibles. Caños de material termoplástico siempre que tengan un grado de protección mecánica, y resistan al ensayo de propagación de llama, con un grado de severidad de 550°C, además de las características dieléctricas adecuadas. Los tipos indicados en este apartado deberán emplearse en lugares secos, para locales con condiciones especiales. Las cañerías a la vista no deberán instalarse en huecos de ascensores ni en lugares donde quede expuesta a deterioros mecánicos o químicos. En las siguientes figuras se pueden ver algunos sistemas de fijación de los caños a la vista: 



 

191


Horacio García

Diversas formas de canalización aérea

Instalaciones superficiales o a la vista ejecutadas con cable subterráneo: Este sistema está muy difundido en los ferrocarriles subterráneos, y puede aplicarse en edificios, a los casos de líneas que corren por galerías o pasadizos secundarios, pasajes de comunicación entre edificios de un mismo grupo, etc. Es de muy fácil instalación y permite una rápida inspección y recambio de elementos averiados, lo mismo que agregados y modificaciones. En la figura de la izquierda se muestra una forma de soporte sobre el cual apoya el cable, a distancias no menores de 80 cm.; y a la derecha se puede ver el tipo a bandeja, más flexible que el primero. Consiste en una chapa generalmente calada, doblada en el borde, que suelda a los soportes y forma un lecho continuo sobre el cual se apoya el cable íntegramente a lo largo de su recorrido

Canalizaciones aéreas

Instalaciones subterráneas Tipos de conductores: Ver capítulo dos de este manual. Formas de instalación: Estos cables podrán instalarse directamente enterrados o en conductos (cañerías metálicas cincadas, caños de fibrocemento o de PVC rígido tipo pesado). La forma de instalación puede verse en la siguiente figura:

Manera correcta de instalar un cable subterráneo

Las canalizaciones subterráneas se ejecutan abriendo una zanja de 60 cm. de ancho y una profundidad de 90 cm. Se tiende el cable con precaución, ya que ese tipo de conductor es muy delicado por ser rígido y pesado; cualquier esfuerzo 192


Horacio García

desmedido o torcedura pronunciada, puede ocasionar una grieta por la cual entrará agua del suelo. Una vez tendido sobre el lecho se coloca una capa de arena, y sobre ella una hilera de ladrillos. El fondo de la zanja será una superficie firme, lisa, libre de discontinuidad y sin piedras

Cables subterráneos debajo de construcciones: Los cables subterráneos instalados debajo de construcciones deberán estar colocados en un conducto que se extienda más allá de su línea perimetral. Distancias mínimas: La distancia mínima de separación de los cables o conductos subterráneos respecto de las cañerías de los otros servicios deberá ser de 0,5 metros. Empalmes y derivaciones: Los empalmes y derivaciones serán realizados en cajas de conexión. Las cajas de conexión deben rellenarse con un material aislante y no higroscópico. Si se emplean cables armados deberá quedar asegurada la continuidad eléctrica de la vaina metálica. Etapas de las canalizaciones: A continuación se podrán apreciar las tres etapas en el diseño de una canalización representada en un plano civil. La primera etapa consiste en la ubicación de los elementos (interruptores, tomas, etc.), según las necesidades del usuario:

193


Horacio García

La segunda etapa corresponde al trazado de tuberías, bocas y tableros de distribución a los elementos antes dibujados:

En la tercera etapa se escriben, en el plano, las dimensiones y cantidades de los conductores y dimensiones de los caños, según las necesidades de intensidad de corriente para el consumo de cada habitación:

194


Horacio García

195


Horacio García

CAPÍTULO 6 APARATOS DE MEDICIÓN

 



 

Introducción. Amperímetros: De corriente continua. De corriente alterna. Lectura de escalas. Escala de amperímetros de corriente continua. Escala de amperímetro de corriente alterna. Precauciones. Voltímetros: De corriente continua. De corriente alterna. Sensibilidad del voltímetro. Efectos de carga de los voltímetros. Lectura de las escalas de los voltímetros. Precauciones. Óhmetros: En serie. En paralelo. Lectura de escalas. Escala de óhmetros en serie. Escala de óhmetros en paralelo. Usos. Preacuciones. Tester o multímetros: Funcionamiento. Multímetros digitales.

196


Horacio García

INTRODUCCIÓN Los primeros científicos tuvieron grandes dificultades para explicar la acción de la electricidad, debido a que las magnitudes a manejar, como intensidad de corriente, tensión y resistencia, no podían medirse rápidamente ni ser percibidas por el ojo humano. A medida que progresaba el conocimiento científico se hacía evidente la necesidad de contar con algún medio de observación y medición exacta de la corriente eléctrica. Para satisfacer esa necesidad fueron creados varios elementos de medida. Los tres principales instrumentos de medición de magnitudes eléctricas son: el “amperímetro” (para medir intensidad de corriente eléctrica), el “voltímetro” (para medir tensión) y el “óhmetro” (para medir resistencia eléctrica). Las c aracterísticas de estos tres medidores se combinan a menudo en una unidad, para formar un instrumento de medida compacto llamado “tester” o “multímetro”. AMPERÍMETROS El amperímetro es el instrumento que se usa para indicar la cantidad de corriente en un circuito eléctrico. Para medir la cantidad de corriente que circula, el amperímetro debe ser colocado “en serie” con el circuito. La figura 3 -1 ilustra la conexión correcta de un amperímetro:

Uso del amperímetro

Aunque no se estudie la teoría que explica cómo o por qué funciona un amperímetro se describe, sin embargo, el circuito interno del mismo junto con sus piezas, para que sea posible comprender cómo el amperímetro mide variaciones de corriente. El corazón del amperímetro común es la bobina móvil. Se usa un indicador solidario con dicha bobina para señalar, en una escala calibrada colocada bajo el indicador (aguja), la cantidad de corriente que circula por la bobina. Los mecanismos medidores están clasificados generalmente según la máxima cantidad de corriente que requieren para llevar la aguja indicadora hasta el tope de la escala. Esta clasificación se llama “sensibilidad del instrumento”.

Amperímetros de corriente continua (C.C.): Un amperímetro común para C.C. emplea solamente el mecanismo de bobina móvil para la medición de corriente continua. Una de las características del mecanismo medidor es que, para su uso correcto, la corriente debe pasar a través del mismo sólo en la dirección que indica la polaridad del amperímetro.

197


Horacio García

La figura 3-2A muestra un amperímetro de C.C. conectado a un circuito eléctrico. Las dos resistencias, Ra y Rc, representan la resistencia del amperímetro y la resistencia total del circuito, respectivamente. Cuando se construye el amperímetro, se elige la resistencia Ra tan pequeña como sea posible para que el valor de la corriente indicada por el mecanismo sea el verdadero valor que circula por el circuito y no sea alterado por su resistencia. Se notará que el amperímetro tiene los terminales marcados con los signos + y – para indicar la correcta conexión del mismo en el circuito.

Para medir valores mayores de corriente continua, debe incorporarse al amperímetro una resistencia en paralelo llamada “shunt del amperímetro”. Esta resistencia se conecta en paralelo con el mecanismo móvil del amperímetro (R b en la figura 3-2B)

Para lograr la desviación de la aguja indicadora hasta el tope de la escala, el shunt del amperímetro da un camino para desviar la corriente que excede la requerida por la sensibilidad del mecanismo móvil. Si se supone que la sensibilidad del mecanismo del amperímetro de la figura 32B permite una marcación de hasta 1 amper, con el agregado de un valor correcto de resistencias en paralelo, el circuito del amperímetro permite pasar un total de 5 amper, antes de que la aguja se desvíe hasta señalar el tope de la escala -4 amper a través del paralelo y 1 amper a través del amperímetro; luego, el alcance de medición del mismo ha sido aumentado por la adición de la resistencia en paralelo. Un amperímetro de alcances múltiples (figura 3-3) emplea varios paralelos conectados por una llave selectora (S 1) para permitir la medición de varios alcances de corriente. 198


Horacio García

Amperímetros de corriente alterna (C.A.): El amperímetro de C.A. más común es similar, en construcción y aplicación, al amperímetro de C.C. Sin embargo, requiere de un componente adicional, un “rectificador”, para convertir la corriente alterna en continua, pues el mecanismo de bobina móvil del amperímetro funciona con una sola polaridad. Lectura de escalas: Para medir las diversas intensidades de corriente según la desviación de la aguja, se coloca una escala graduada en unidades normales (múltiplos o submúltiplos de estas unidades) debajo de la aguja indicadora. El método de adaptación de la escala al movimiento del instrumento para indicar los valores de corriente, se basa en que el ángulo girado por la aguja indicadora es directamente proporcional a la cantidad del flujo de corriente en la bobina móvil. A este método de calibración se le llama método de escala lineal. Un amperímetro puede calibrarse para indicar amper, miliamper o microamper, según la intensidad de corriente requerida para desviar la aguja hasta el tope de la escala. Escala de amperímetros de C.C.: En la figura 3-4 se muestra una escala típica de este caso. Si se observa la figura y la tabla correspondiente, se puede ver que la escala representa un amperímetro del tipo de alcances múltiples, que tiene un total de 8 alcances posibles. Se observarán los distintos valores de marcación cuando la aguja descansa en una división mayor de la escala.

199


Horacio García

La figura 3-5 muestra la aguja indicadora descansando en una división intermedia de la escala. Cada una de las divisiones intermedias representa la mitad del valor obtenido sumando dos graduaciones numeradas consecutivas de la escala, y dividiendo por 2 el resultado. Si se realiza una cuidadosa observación de la posición de la aguja y de la escala, puede verificarse cada uno de los valores registrados para los diferentes alcances. En muchas mediciones de corriente, la aguja se detendrá en un punto entre marcas; es necesaria entonces la interpolación para registrar la cantidad exacta de corriente que circula. Tal condición se ilustra en la figura 3-6. La aguja descansa en una posición ligeramente por encima de la primera marca numerada. Las pequeñas divisiones de la escala representan (cada una de ellas) dos décimos de la distancia entre una marca numerada y una intermedia. Para determinar el valor de corriente indicado, se utilizará la escala de 0-25 mA como ejemplo. La aguja descansa a mitad de camino entre la posición de 5 mA y la primera división fraccionaria. Cada división fraccionaria representa 0,5 mA. Por lo tanto la escala indica 5,25 mA.

Cuando se toman las indicaciones de una escala, se tendrá la precaución de observar la aguja desde encima del amperímetro con el ojo y la aguja verticalmente en línea para que la determinación sea exacta. Mirando la aguja de reojo, desde un costado, se produce un error en la lectura, que se llama error de “paralelaje”.

Escalas de amperímetros de C.A.: La escala de un amperímetro común de C.A. a mecanismo de bobina móvil (analógico), se lee del mismo modo que los instrumentos de C.C. Hay pocos tipos comunes de amperímetros que no lleven escalas lineales para indicar el flujo de corriente. Precauciones: Un amperímetro es un instrumento delicado y costoso, que puede estropearse fácilmente si no se lo usa como corresponde. Una caída o sacudida puede alterar el delicado ajuste del mecanismo medidor. También el flujo excesivo de corriente a través de la bobina, que cause la desviación de la aguja hasta el tope de la escala, puede quemar o destruir el mecanismo. Por estas razones, deben tomarse las siguientes precauciones: Conectar siempre en serie el amperímetro con el circuito o pate del circuito a través del cual se quiere medir el flujo de corriente. 

200








Horacio García

No conectar nunca un amperímetro a través de una fuente de tensión, como ser en paralelo con una batería o generador. Usar un alcance suficientemente grande como para evitar que la aguja llegue al tope de la escala. Cuando se mida un valor de corriente desconocido, se empezará siempre con el más alto alcance del instrumento; luego se baja hasta lograr el alcance apropiado. Las indicaciones más seguras se obtienen en la región central de la escala. Se observará la polaridad adecuada cuando se conecte un amperímetro de C.C. en un circuito. En la mayoría de los casos, el borne negro es el negativo (-), y el borne rojo es el positivo (+).

VOLTÍMETROS El voltímetro es el instrumento empleado para indicar la magnitud de la tensión en un circuito eléctrico. Para obtener una correcta medida de la tensión de un circuito, o de parte del mismo, el voltímetro debe ser colocado en paralelo con el circuito, según ilustra la siguiente figura:

Uso del voltímetro

Voltímetro de C.C.: Este instrumento sólo sirve para medir C.C., ya que la corriente debe atravesarlo en una sola dirección. Puede apreciarse en la figura 3-7:

La figura 3-8 muestra los componentes internos de un voltímetro (encerrados en la línea cortada), el cual está conectado como si fuera una unidad del circuito, para medir su tensión. Se notará que el circuito del voltímetro está compuesto por un amperímetro en serie con una resistencia (R M). Esta resistencia es de alto valor, colocada en serie con la resistencia del amperímetro para reducir el flujo de corriente a través del mecanismo.

201


Horacio García

Como se muestra en la figura, cuando el instrumento está aplicado a los extremos de la R 1 componente del circuito, la corriente total del mismo se divide entre R1 y el voltímetro. El flujo de corriente a través del voltímetro causa una desviación de la aguja. Si se calibra la escala del mecanismo medidor en volt, para una corriente específica que circule a través de la bobina móvil y sus resistencias en serie, puede obtenerse una escala completa de tensiones. Esta escala se extiende desde cero hasta el punto donde la tensión aplicada al circuito produce suficiente corriente a través del mecanismo medidor y R M, y producir la desviación máxima de la aguja.

La resistencia RM se llama resistencia “multiplicadora”, ya que si su valor óhmico es aumentado, sólo se necesitaría la misma corriente para causar la desviación completa de la aguja, pero para que circule esa corriente, será necesario aumentar el valor de la tensión aplicada. Este nuevo valor de tensión correspondería a un punto de calibración más alta de la escala del voltímetro, aumentando de este modo la capacidad del voltímetro, el que indicará ahora un valor de tensión mayor que el máximo anterior. Mediante la intercalación de varias resistencias multiplicadoras de valores escogidos, puede obtenerse un voltímetro de alcances múltiples como el indicado en la figura 3-9.

Voltímetro de C.A.: El voltímetro de C.A. convencional es idéntico en construcción y aplicación al voltímetro de C.C., pero para poder convertir corriente alterna en continua y poder así accionar el mecanismo anterior, se emplea una parte adicional, el “rectificador”. Sensibilidad del voltímetro: La sensibilidad es la capacidad de este aparato para medir con precisión las tensiones de los circuitos. La sensibilidad de un amperímetro se expresa por la cantidad de corriente necesaria para obtener la máxima desviación de la aguja. La sensibilidad de un voltímetro se expresa en forma diferente, porque queda determinada por la relación entre la resistencia interna total del aparato con el máximo valor de tensión de la escala elegida. Entonces, la razón de la resistencia en ohm con la máxima tensión en volt, dará la sensibilidad, la que se expresa en “ohm por volt”. El alcance de sensibilidad más común en los voltímetros corrientes varía de 1000 ohm por volt a 20000 ohm por volt. Cuanto más grande es la sensibilidad, mayor es la precisión, ya que la corriente requerida para accionar el mecanismo se hace menor y, en consecuencia, al medir se introduce una variación mínima en las características del circuito. Efectos de carga de los voltímetros: Cuando se conecta a un circuito con fines de medición, el voltímetro provee un paso paralelo. Este paso adicional facilita el pasaje del exceso de corriente (disminuye R total del circuito). Esta corriente adicional puede 202


Horacio García

causar efectos indeseables en el circuito original. Los efectos, que son causados por el cambio de valor de la corriente original, se llaman “efectos de carga”. Para que sean mínimos, debe usarse un voltímetro de gran sensibilidad.

Lectura de las escalas de voltímetros: La disposición de la escala para la interpretación de mediciones de tensión en C.A. o en C.C., es idéntica a la usada para amperímetros. Los tipos comunes de escalas de voltímetros están calibrados en volt, milivolt y microvolt.

La figura 3-10 muestra la disposición típica de una escala de voltímetro. Se presentan tres indicaciones de la aguja, representadas por las líneas AA, BB y CC para familiarizar al estudiante con los procesos de lectura de escalas. Se compararán los valores tabulados con la escala del voltímetro para los diversos alcances que pueden elegirse mediante la llave selectora del medidor.

Precauciones: Un voltímetro debe ser manipulado y usado de acuerdo con las precauciones 3 y 4 dadas en la explicación sobre amperímetros. Además, “un voltímetro debe ser siempre conectado en paralelo con la porción del circuito a medir”. ÓHMETROS El óhmetro es el instrumento que se utiliza para medir la resistencia eléctrica que ofrece un circuito o una porción del mismo. El método adecuado para conectar un óhmetro en un circuito está ilustrado en la figura 3-11.

203


Horacio García

La figura puntualiza una precaución muy importante en el uso del óhmetro, y es que un óhmetro “nunca” debe aplicarse a un circuito hasta que la fuente de energía no haya sido desconectada.

Uso del óhmetro

Óhmetro en serie: El óhmetro en serie (figura 3-12), es el tipo de óhmetro más comúnmente usado, y está diseñado para medir alcances de resistencias desde 0 ohm hasta infinito (∞). (El término infinito indica una gran resistencia; casi tan grande como la de un aislador). Se observa en la figura que la resistencia R 2 actúa como un paralelo variable para el mecanismo medidor R a, y que estos elementos conectados en paralelo están en serie con la batería y la resistencia fija R 1. El propósito por el cual se coloca R 1, es limitar el flujo de corriente a través del circuito del óhmetro hasta la intensidad necesaria para desviar la aguja del óhmetro hasta el tope de la escala.

Previamente al uso del óhmetro, es necesario ajustarlo. Este ajuste se realiza con las dos puntas de prueba unidas, y moviendo la resistencia variable R 2 hasta que la aguja indicadora llegue al tope de la escala. Cuando se coloca un valor de resistencia igual a R 1 entre los terminales negativo y positivo del óhmetro, decrece la intensidad circulante debido a la resistencia agregada, y se obtiene un descenso de la aguja indicadora hasta la mitad de la escala, aproximadamente. Si se conecta una resistencia igual a dos veces el valor de R1 entre los terminales del medidor, fluye por el circuito una corriente aún menor, y se obtiene sólo una desviación pequeña de la aguja; por consiguiente, si la escala del instrumento está calibrada en muchos puntos, el aparato indicará directamente el valor de la resistencia que ha sido colocada entre los terminales. La escala indicará resistencia cero a la derecha (desviación máxima de la aguja), e infinito a la izquierda (poca o ninguna desviación).

Óhmetros en paralelo: Cuando el valor de resistencia a medir es extremadamente bajo se puede tener mayor precisión con el uso de un óhmetro en paralelo. Este tipo de óhmetro se usa comúnmente en aplicaciones de laboratorio, donde se tiene muy en cuenta la exactitud. Un elemento característico de óhmetro en paralelo es que las calibraciones de la escala están invertidas con respecto a los de fabricación común en serie. 204


Horacio García

En el óhmetro en paralelo la posición cero ohm aparece a la izquierda, y la resistencia máxima registrable (generalmente no más que algunos cientos de ohms o menos) a la derecha.

Lectura de escalas: Nunca podrá exagerarse la importancia de interpretar correctamente y de obtener lecturas precisas de los instrumentos. La exactitud en las lecturas del óhmetro es tan importante como la de las mediciones con amperímetros o voltímetros. Escala de óhmetros en serie: En la figura 3-14 se ve la escala de un óhmetro común. Se puede notar que en contraste con las escalas de calibración del amperímetro y el voltímetro, las escalas de calibración del óhmetro no son lineales. Como resultado, los valores tomados de la porción de la escala para altas resistencias son relativamente difíciles de interpretar, porque las divisiones de la escala representan grandes saltos en los valores de resistencia. Para obtener valores de una precisión razonable, el selector de alcances (llave selectora) del óhmetro deberá ajustarse al punto donde la indicación de la aguja cae cerca de la región media de la escala.

La posición de la llave selectora de alcances se inicia generalmente por marcas tales como: Rx1; Rx1000; Rx10000; Rx100000. Esta marcación indica que al realizar una medición, el valor indicado por la aguja debe ser multiplicado por el R x correspondiente de la llave selectora, a fin de obtener el valor de la resistencia medida. Por ejemplo, cuando se mide una resistencia de 150000 ohms, las indicaciones A, B y C de la aguja (figura 3-14) representan los alcances de Rx1, Rx1000 y Rx10000. Es muy importante tener en cuenta que para asegurar una indicación 205


Horacio García

exacta, deben ponerse las puntas de prueba en cortocircuito y variar el ajuste a cero para que en cada alcance la aguja llegue a la marca tope de la escala.

Escalas de óhmetros en paralelo: La escala de resistencias de un óhmetro en paralelo tiene el cero a la izquierda, y el máximo a la derecha, como las escalas de voltímetros y amperímetros antes expuestas. Puede verse la escala de un óhmetro en paralelo en la figura 3-15. Se observará que el máximo valor de resistencia que puede ser medido con esta escala es de sólo 10 ohms. Como el óhmetro en paralelo tiene solamente una escala (la escala de baja resistencia) el valor se toma directamente de la escala.

Se puede observar que las marcas graduadas están bien separadas para los valores de R más bajos, lo cual hace posible obtener un valor más exacto para las pequeñas resistencias.

Uso de óhmetros: Aunque el óhmetro es un instrumento muy importante, no es tan exacto como un amperímetro o un voltímetro. Por esta razón, no se puede esperar de un óhmetro normal una indicación de resistencia con más de 5% o 10% de exactitud. Además de la medición de resistencia, el óhmetro es un instrumento muy útil para controlar la continuidad de un circuito, especialmente cuando hay dificultades con un circuito electrónico, o al armar un circuito nuevo, y la inspección visual del paso completo de la corriente no puede hacerse con seguridad. No siempre es evidente si un circuito está completo, o si la corriente está fluyendo por una parte indebida del circuito por contacto accidental con partes adyacentes. El mejor medio de controlar un circuito en estas condiciones es enviar una corriente a través del mismo. Si el conductor hace un circuito completo, la corriente fluirá a través del circuito. El óhmetro es el instrumento ideal para controlar circuitos de esta manera. Provee la energía para enviar corriente a través del circuito, y el instrumento para indicar si hay corriente. Para efectuar dicha comprobación, primero se estudia el diagrama del circuito, y luego se controlan las partes correspondientes del mismo con el óhmetro. Éste indicará conducción perfecta (cero ohm), conducción parcial (cuando hay resistencia) o ninguna conducción (resistencia infinita o circuito abierto). Precauciones: Las mismas precauciones, en general, que se usaron para los voltímetros y amperímetros son aplicables al óhmetro a causa de su delicado mecanismo medidor. Además, “un óhmetro, no debe, por ninguna causa, conectarse en un circuito mientras la fuente de energía esté conectada al mismo. TESTER O MULTÍMETROS Combinando un voltímetro, amperímetro y óhmetro de alcances múltiples en un solo aparato, éste es capaz de llevar a cabo casi todas las pruebas necesarias en un circuito de un equipo electrónico. Tal combinación de elementos se denomina “multímetro”. Un elemento clave para el funcionamiento del instrumento es la llave selectora, que permite la adecuada selección de los circuitos internos, para asegurar en cada medición el uso de un alcance solamente. Funcionamiento: En la figura 3-16 se muestra un diagrama simplificado de un multímetro sencillo. Obsérvese que las tres secciones de la llave giratoria marcadas S1206


Horacio García

A, S1-B y S1-C, están montadas sobre el mismo eje. Estas llaves representan el control selector de “función” o servicio, para la selección del tipo de medida deseado.

Como se indica en la figura, las posiciones 1, 2 y 3 representan las posiciones de óhmetro, amperímetro y voltímetro, respectivamente. Para comprender la disposición general del circuito del instrumento, se sigue el trazo a través del circuito de la figura 316, para cada posición de la llave S1, empezando en el terminal negativo y terminando en el positivo. Se comparan los circuitos trazados para las tres posiciones con los circuitos dados en las figuras 3-13, 3-3 y 3-9. Si se siguen los pasos correctamente, se verá que la disposición del circuito del instrumento múltiple es idéntica a las disposiciones conjuntas de los circuitos del óhmetro, amperímetro y voltímetro.

Multímetros digitales: En las figuras pueden apreciarse las diferencias constructivas y de funcionamiento de cada modelo. Mientras el multímetro analógico funciona como ya se ha visto, el digital posee en su interior un circuito electrónico que comanda todas sus funciones. No obstante, ambos poseen la misma forma de selección y los mismos alcances para cada función, que es la llave selectora.

Multímetro analógico

Multímetro digital

207


Horacio García

ANEXO 1 Guía práctica de seguridad eléctrica Cuando las estadísticas de la Superintendencia de Bomberos de la Policía Federal revelan que cuatro de cada diez siniestros tienen su origen en una falla de la instalación eléctrica no podemos más que concluir que esta problemática no ha sido suficientemente tratada por las diferentes administraciones. Por otra parte, una encuesta realizada por la Asociación para la Promoción de la Seguridad Eléctrica (APSE) – de la que CADIEEL es miembro fundador – reveló que tres de cada cuatro hogares tienen deficiente instalación eléctrica. Este estudio hecho en 2.280 hogares de Capital, Gran Buenos Aires y las ciudades de Córdoba, Rosario, San Miguel del Tucumán y San Juan indica que el que el 86% de la gente cree que su sistema eléctrico es confiable, aunque el 75 por ciento de los hogares no contaba con las condiciones mínimas de seguridad eléctrica. En ese sentido, el trabajo concluyó que: •En el 92 % de los hogares no había una llave que cortara la electricidad de toda la casa. •El 78 % no contaba con llave térmica. •En el 55 % los cables de la caja de electricidad no estaban protegidos (es decir, podían tocarse accidentalmente al introducir una mano). •El 84 % no tenía tomas de tres patas. •El 80 % no disponía de conexión a tierra. Asimismo, diferentes estudios privados estiman que anualmente se producen 1.500 muertes en accidentes relacionados con deficiencias en las instalaciones y sus componentes. Esta problemática tiene su origen en tres causas fundamentales: •Lo obsoleto de muchas de instalaciones. •La fabricación, importación y comercialización de productos que están específicamente prohibidos como, por ejemplo, los „adaptadores‟. •Quienes fabrican, importan y comercializan elementos que si bien son legales no resisten ningún tipo de control de calidad. El escenario se completa con mano de obra que presta servicio sin autorización, lo que genera enormes riesgos y accidentes, peligros a los que se les suma un control irregular y escaso por parte de los organismos de control previstos por la ley. La implementación por parte del Ente Nacional de Regulación Eléctrica (ENRE) de la Resolución 92 de 1998 fue un importante paso adelante pero esta normativa sólo rige en el área metropolitana de Buenos Aires por lo que resulta necesario formular una legislación integral de alcance nacional que instale un sistema de control de la seguridad eléctrica que garantice a los ciudadanos su seguridad y la de sus familias. Desde CADIEEL llevamos muchos años trabajando en este tema y es cofundadora de la Asociación para la Promoción de la Seguridad Eléctrica (APSE) y de la Multicameral 208


Horacio García

Empresaria para la Seguridad Eléctrica (MESE). Además, integra el Consejo de Seguridad Eléctrica en la órbita de la Subsecretaría de Defensa del Consumidor. La Cámara participa también en los comités técnicos del IRAM que trabajan en la confección de las normas técnicas que deben respetar las fichas y tomacorrientes domiciliarios e industria-les y en el Foro de Edificio Seguro, en el que junto a entidades profesionales, académicas y empresas se está elaborando una propuesta sobre seguridad integral edilicia. Todas estas acciones son complementadas con una intensa campaña de difusión y creación de conciencia acerca de la importancia vital de esta temática y en muchas ocasiones se reclamó a las autoridades para que cumplan con su misión, reclamo que ha sido recogido por los medios de comunicación más importantes del país. En síntesis, CADIEEL propone: •Promover la certificación de productos eléctricos. •Fiscalización de la aplicación de la Resolución 92/98 en todos los circuitos comerciales. •Buscar una legislación uniforme en todo el país que instale un sistema de control para garantizar la seguridad de los ciudadanos y sus bienes. •Implementar un plan de reconversión de las instalaciones eléctricas anteriores a 1998 que establezca las condiciones mínimas de seguridad que deben cumplir los edificios y en el cual se contemple la provisión centralizada de la puesta a tierra por parte de la distribuidora de energía eléctrica en el punto de medición. •Intensificar las acciones de difusión y educación para facilitar a los usuarios la compra de pro-ductos certificados y la derivación del mantenimiento en electricistas autorizados. •Instituir a las distribuidoras de energía eléctrica como controladoras de las instalaciones. •Establecer una reglamentación que estipule que para la transferencia de todo inmueble se requiera que un electricista autorizado acredite que la instalación se encuentra adecuada a las normas de seguridad eléctrica. La Dirección Nacional de Comercio Interior es el organismo responsable de reconocer a los organismos de certificación y laboratorios de ensayo que pueden intervenir en el proceso de ensayo y certificación que se exige para los productos eléctricos de uso personal, domiciliario o industrial. Para saber si un producto está certificado, desde 2005 deben exhibir el sello de Seguridad de Argentina para permitir a los consumidores una más fácil identificación de aquellos productos que cumplen con los requisitos de seguridad. Existen dos clases de certificación: por tipo genérico de producto (junto al sello figura una “T”), o por lotes específicos de ese producto (junto al sello figura una “L”). En el primer caso, se realizan ensayos sobre unidades seleccionadas al azar de un tipo de producto, seguido de un con-trol o vigilancia sobre muestras tomadas en comercios y en fábrica. En el segundo caso, se realizan ensayos en cada lote fabricado o importado, sobre muestras representativas del lote analizado. Si el sello aparece como en la figura, se trata de una certificación por marca de conformidad. Implica que, además del ensayo por tipo, se evaluó el sistema de calidad de la fábrica, manteniendo luego un control que incluye la auditoria periódica del sistema de calidad de la empresa hasta los ensayos de verificación de muestras tomadas en comercios y en fábrica. Este sello va acompañado del logo del organismo de certificación que intervino. Lamentablemente, aún existen quienes comercializan productos ilegales o que no cumplen con los mínimos requisitos de seguridad. También hay quienes falsifican los sellos de seguridad y quienes una vez certificados sus productos optan por disminuir su calidad. Es una tarea indelegable del Estado perseguir a los responsables de estas maniobras y, de ese modo, garantizar la seguridad de las personas y sus bienes.

Algunos de los productos ilegales que se comercializan son: •Adaptadores de todo tipo •Triples •Fichas y tomacorrientes con pernos redondos 209


Horacio García

•Luminarias con fichas de pernos redondos y cables sin envainar. •Calentadores que tengan accesibles sus partes eléctricas bajo tensión.

Consejos para el uso seguro de la energía eléctrica Estos sencillos consejos pretenden brindarle algunas claves para un uso seguro de la energía eléctrica. Muchas veces pequeños cambios de conducta pueden evitar accidentes y salvar vidas.

Recuerde siempre una mano de obra calificada y productos de calidad garantizada son imprescindibles para el correcto funcionamiento de su red eléctrica. Consulte a un electricista autorizado, son los únicos que acreditan los conocimientos técnicos necesarios. La nómina de instaladores habilitados puede conseguirla en su compañía distribuidora de energía eléctrica. En todos los casos, los instaladores deben cumplir con las normas de la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA). Compre sus materiales eléctricos sólo en comercios habilitados. Nunca lo haga en puestos ca-llejeros donde lo más probable es que le vendan productos de dudoso origen y calidad. Los materiales deben ser fabricados bajo normas IRAM o IEC y contar con el Sello de Seguridad. Esto asegura el cumplimento de los requisitos esenciales de seguridad.

Niños •No deje que los chicos toquen los artefactos eléctricos enchufados, los cables, y mucho me-nos que coloquen los deditos en el tomacorriente. •Utilice dispositivos especiales para bloquear los tomacorrientes que estuvieren al alcance de los niños. Reparaciones •Deje que las reparaciones de su instalación estén a cargo de un electricista debidamente acreditado. Puede informarse en su distribuidora de energía eléctrica. •Desconecte siempre la llave general para hacer una reparación. •Desconecte cualquier aparato antes de repararlo. Para hacerlo sólo utilice herramientas con aislamiento (no cuchillos ni destornilladores). Contacto con el agua •No trabaje sobre caños de gas o agua cuando está en uso un aparato eléctrico. •Nunca utilice artefactos eléctricos en lugares húmedos. •Nunca conecte un aparato eléctrico cuando está tomando un baño. •No toque partes metálicas de aparatos eléctricos con las manos mojadas o descalzo. •Si utiliza una la ducha eléctrica, no toque la llave que regula la temperatura si usted está mojado. Si necesita hacerlo, apáguela primero. Cables •No emplee clavos para sujetarlos a la pared. Pueden cortar el aislamiento y hacer contacto. •Los cables en mal estado, viejos, quemados, pelados, expuestos a la intemperie o en los tomacorrientes rotos son una amenaza. Lámparas y luminarias •Nunca toque la parte metálica de una lámpara cuando la vaya a cambiar. •Desconecte siempre la llave general para hacer un cambio. Tomacorrientes •Para desconectar un aparato no tire del cable, hágalo tomando la ficha. •Si enchufa muchos electrodomésticos en un mismo tomacorriente, los cables de la instalación sufren una sobrecarga y pueden provocar cortocircuitos. •Evite los triples, recuerde que su comercialización es ilegal. •No improvise instalaciones “paralelas” por medio de prolongadores y “zapatillas”. •Si ve un enchufe deteriorado procure cambiarlo cuanto antes. Evitará que se caliente en ex-ceso y provoque un cortocircuito o, incluso, un incendio. Si está quemado, 210


Horacio García

cámbielo y no vuelva a enchufar un aparato de elevada potencia porque la instalación no está preparada para ese uso. Consulte de inmediato a un electricista habilitado.

Llaves termomagnéticas •Cada cierto tiempo, pulse el botón de prueba del interruptor diferencial para comprobar si funciona correctamente. Este interruptor salta cuando detecta fugas de corriente y también se conoce como salvavidas porque evita que nos electrocutemos al tocar un electrodoméstico por el que se está fugando la corriente. Si no dispara es que está averiado y entonces no estará protegido. Y si algún aparato da calambre, desconéctelo inmediatamente y llame a un técnico. Quizá su casa no disponga de diferencial o el que tiene no sirva. •Nunca sustituya un fusible que haya saltado por otro de intensidad superior. •Es aconsejable contar con un disyuntor diferencial. Descarga a tierra •No use las cañerías de agua o gas como descarga a tierra. Incendios •Nunca use agua para apagar incendios provocados por un desperfecto en algún artefacto o insumo eléctrico. •Utilice matafuegos de tipo ABC o C. Esta indicación figura en la etiqueta del matafuego. •Trate de desconectar el circuito eléctrico desde el interruptor principal del tablero. No electrifique •Electrificar rejas y alambrados es un delito que ha cobrado muchas vidas. Antena de TV •No la coloque cerca del tendido eléctrico. Puede conducir una descarga hacia su casa. •Si en un accidente la antena cae sobre la red, no se aproxime a ningún aparato o superficie metálica y evite que otros lo hagan. Llame al distribuidor eléctrico de su zona. Poda de árboles •No realice poda de árboles cuyas ramas estén apoyadas en las redes eléctricas. Llame al distribuidor de energía eléctrica de su zona. En la vía pública •No circule por calles inundables cuando hay tormentas o vientos fuertes •Ante cualquier situación que considere de riesgo y esté vinculada con el suministro de electricidad informar a la empresa distribuidora de energía. No intente resolver el problema por su cuenta. Algunos de estos casos pueden ser: o Cables y conductores eléctricos en contacto con instalaciones metálicas, caída de cables en la calle o en zonas cercanas al paso de los peatones. o Humo, vapor o fuego en instalaciones eléctricas – cajas de luz y transformado-res-, tapas abiertas o deterioradas de cualquier instalación eléctrica. •Es peligroso trepar a los postes del tendido eléctrico y remontar barriletes en las cercanías de los cables de electricidad. •Tampoco se acerque a postes quebrados o caídos, a estructuras o paredes electrificadas, ni a cables que estén a baja altura. •No tome contacto con elementos extraños que puedan llegar a encontrarse sobre conductores o transformadores, cajas abiertas o sin tapa, cajas o gabinetes inundados, conexiones clandestinas, emanaciones de humo por respiraderos, columna de alumbrado público sobre la red eléctrica y otros similares. •Haga caso a las indicaciones de los carteles y respete los vallados que se colocan al realizar reparaciones en calles y veredas. 211


Horacio García

Instalación segura La seguridad eléctrica comienza en la instalación que haya en su casa. Una instalación adecuada no es un gasto sino que constituye un elemento necesario para su seguridad y la de los suyos.

Recuerde siempre una mano de obra calificada y productos de calidad garantizada son imprescindibles para el correcto funcionamiento de su red eléctrica. Consulte a un electricista autorizado, son los únicos que acreditan los conocimientos técnicos necesarios. La nómina de instaladores habilitados puede conseguirla en su compañía distribuidora de energía eléctrica. En todos los casos, los instaladores deben cumplir con las normas de la Asociación Electrotécnica Argentina (AEA). Compre sus materiales eléctricos sólo en comercios habilitados. Nunca lo haga en puestos callejeros donde lo más probable es que le vendan productos de dudoso origen y calidad. Los materiales deben ser fabricados bajo normas IRAM o IEC y contar con el Sello de Seguridad. Esto asegura el cumplimento de los requisitos esenciales de seguridad. Si su instalación no es segura y los costos de modificarla superan sus posibilidades, piense en realizar esta modificación por etapas. •Primero haga instalar un interruptor diferencial que le proporcionará protección adicional ante cualquier contacto accidental con partes bajo tensión, cortando automáticamente el suministro eléctrico. •Luego instale los interruptores termomagnéticos, que ante sobrecargas o cortocircuitos interrumpen el suministro eléctrico. •Posteriormente haga colocar la jabalina de puesta a tierra y el cableado del conductor de protección, dándole prioridad al circuito que alimenta la heladera, el freezer, el lavarropas o similares aparatos con cubiertas metálicas de uso diario por toda la familia. •Esta es la oportunidad para deshacerse de los adaptadores que esté utilizando, reemplazan-do los viejos tomas de pernos redondos por los de patas planas con Sello de Seguridad. Paulatinamente sustituya los viejos enchufes (fichas y tomas) de dos pernos redondos del resto de su instalación por los certificados y conecte a tierra todos los circuitos restantes.

Cables •Verifique que le instalen cables normalizados que lleven impreso el sello del IRAM. Esto le garantizará la correcta prestación. Si usa cables de tamaño menor al adecuado en las instalaciones eléctricas, habrá exceso de calor y aumenta el riesgo de incendios. Además, la pérdida de energía aumentará su consumo eléctrico. •Los cables eléctricos en mal estado, viejos, quemados, pelados, expuestos a la intemperie o en los tomacorrientes rotos son una amenaza. •Si su instalación es antigua quizás los cables tengan aislación de tela y goma. Trate de reemplazarlos por otros más modernos y seguros teniendo en cuenta cuál es el tipo de cable más adecuado para soportar la carga en su instalación. Tomacorrientes e interruptores •Si presenta manchas negras, quemaduras localizadas o temperatura elevada, significa que sus protecciones no actuaron correctamente o que no dispone de ellas. •Reemplace los interruptores defectuosos. Tapones y fusibles •Si se quema algún fusible, trate de identificar sus causas, y luego hágalo sustituir, en lo posi-ble, por llaves termomagnéticas. Revisión crónica •Revise periódicamente la instalación de su casa para verificar el estado de su instalación y si está acorde a sus necesidades.

212


Horacio García

Claves para una buena instalación •No modificar la instalación eléctrica sin la intervención de un instalador habilitado. •Utilizar materiales normalizados IRAM o IEC y con el sello de seguridad para obtener las máximas garantías para usted y su familia. •Planifique la instalación para que los circuitos de alimentación estén balanceados y evitar calentamientos en alguno de ellos. •Aumente la capacidad de su instalación eléctrica añadiendo bocas que se acomoden a los nuevos estilos de vida. •Para los aparatos o zonas de alto consumo se deberá instalar un interruptor termomagnético por cada circuito que agregue. •Debe instalarse un circuito por función. Por ejemplo, en una vivienda debe instalarse como mínimo un circuito para el alumbrado y otro para los tomacorrientes. En caso de que instale artefactos como acondicionadores de aire deberán poseer un circuito exclusivo. •Se debe instalar un interruptor diferencial con pulsador de prueba y verificar mensualmente su correcto funcionamiento. •Toda la instalación debe tener puesta a tierra que termine en una jabalina enterrada. •En los baños se debe respetar la zona de prohibición, dentro de la cual no pueden instalarse interruptores, tomacorrientes, calefones eléctricos o artefactos de iluminación, y la zona de protección donde pueden instalarse artefactos de iluminación y aparatos eléctricos fijos, siempre que se encuentren protegidos contra posibles salpicaduras. •Todo artefacto de iluminación colocado en el interior de una pileta o sus alrededores debe estar alimentado por un transformador de muy baja tensión construido con normas de seguridad específicas y aislaciones especiales. Además, los motores para el llenado de piletas, estos deben estar conectados a tierra e incluir en su circuito de carga única un interruptor diferencial. Tampoco es aconsejable que se incluyan tomacorrientes en esa línea. •En la intemperie debe tenerse en cuenta que los accesorios eléctricos y luminarias allí insta-ladas sean a prueba de lluvia, mientras que las columnas metálicas de alumbrado deben ser puestas a tierra en forma individual.

213


Horacio García

BIBLIOGRAFÍA

   



Singer, Francisco: Tratado de instalaciones eléctricas , Bs.As., H.A.S.A., 1960. Graetz, L.: La electricidad al alcance de todos , Barcelona, Gustavo Gili, 1941. Sobrevila, Marcelo: Instalaciones eléctricas, Bs. As., Marymar, 1982. Philco-Ford: Fundamentos de la electricidad y la electrónica, Volumen I: Conceptos fundamentales y circuitos de C.C. , Bs. As., Compañía General Fabril Financiera, 1970. Philco-Ford: Fundamentos de la electricidad y la electrónica, Volumen II: Fundamentos y análisis de circuitos de C.A. , Bs. As., Compañía General Fabril Financiera, 1970.

214


Horacio García

215


Horacio García

AGRADECIMIENTOS

Este manual no se hubiese hecho realidad sin el empuje desinteresado de varios factores. En primer lugar, al entusiasmo y la avidez de conocimiento que me han demostrado los chicos en estos cuatro años de docencia; al estímulo, de una u otra manera, de mis compañeros de trabajo; a la infinita paciencia de mi familia, por el tiempo robado y, finalmente a la gente que se ha comprometido editar el manual. A todos ellos un abrazo y gracias por el aguante.

216


Horacio García

ÍNDICE Dedicatoria………………………………………………………………………………….…5 Nota del autor………………………………………………………………………………… 9

APUNTES SOBRE ELECTRICIDAD Capítulo 1 Conceptos de la electricidad en base a la teoría atómica ……………………… .11 Introducción…………………………………………….…………………………………...12 Un poco de historia……………………………………………………………………….. .12 Estructura Atómica………………………………………………………………………… .16 El átomo y sus partes……………………………………………………………………… .16 Cómo se comportan los electrones…………….......................................................17 Conductores………………………………………………………………………………....1 8 Aislantes……………………………………………………………………………………….1 9 Capítulo 2 Unidades eléctricas fundamentales …………….......................................................20 Introducción……………...………………………………................................................21 Polaridad…………………………………………………………………………………….. .21 El Volt………………………………………………………………………………………..…2 1 El Amper ……………………………………………………………………………………....21 Trabajo o Energía Eléctrica………………………………………………………………..23 Clasificación de la Corriente Eléctrica………………...............................................23 Capítulo 3 Resistencia. Ley de Ohm. Circuitos …………..………...............................................25 Introducción…………..……………………………………………………………………..26 Resistencia Eléctrica…………….…………..……………………………………………...26 Ley de Ohm…………………………………………………………………………………..28 Circuitos eléctricos………………………...………………………………………………..31 Capítulo 4 Fundamentos del magnetismo …………………........................................................37 Introducción……………..………………………….... .....................................................38 Tipos de imanes……………………..……………………………………………………….38 Polos magnéticos…………………...………………………………………………………39 Fuerza magnética………...……………………….………………………………………..40 Campos magnéticos……………………...……….......................................................41 Formas y usos de los imanes………………………………………………………………43 Electromagnetismo…………………..……………........................................................44 Circuitos magnéticos……………………………………... .............................................49 Inducción electromagnética…………...………………………………………………..52 Motores y generadores simples de C.C……..………...............................................56

217


Horacio García

Capítulo 5 Leyes de Kirchhoff. Análisis circuitos de C.C………………………………………….60 Introducción………………………………………………………………………………….61 Leyes de Kirchhoff…………………………………………………………………………..61 Aplicación de las leyes de Kirchhof………….………………………………………….64 Potencia eléctrica…………………………………………………………………………..70 Energía eléctrica…………………………………………………………………………….72 Capítulo 6 Principios fundamentales de la C.A……………………………………………………..73 Introducción……………………………………….... .......................................................74 Comparación de la C.C. con la C.A………….........................................................74 El magnetismo y su relación con la corriente electromagnética………………...78 Magnitud de la tensión inducida………..………………………………………………79 Generación de la C.A.…………………………………………………………………….83 Terminología correspondiente a la C.A……..……...................................................87

APUNTES SOBRE TECNOLOGÍA Capítulo 1 Herramientas empleadas por el electricista…………………………………………..91 Introducción……...…………………………….……………………………………………9 2 Clasificación de las herramientas……………………………………………………….92 Descripción de las herramientas……………….........................................................92 Pinzas:……………………...………………………………………………………………….92 Universal……………………………………..........................................................93 De punta redonda……….……………………..................................................93 De punta plana…….……………………………………………………………….93 Para identar terminales………..………………………………………………….93 Pelacables……………………………..…………………………………………….94 De corte oblicuo (alicate)………………………………………………………..94 Destornilladores:………...……………………………….................................................94 Paleta………………………………….…………..................................................94 Philips……………………….……………………...................................................95 Buscapolo……………………………………………………………………………95 Cintas:………………………..………………………………………………………………..95 Pasacable……………...…………………………………………………………….95 Aisladora………………………………...…………………………………………...95 Herramientas auxiliares:……………………………………………………………………96 Sierras………..…………………………...…………………………………………...96 Limas……………………..……………………………………………………………96 Mazas y cortafríos………………………..…………………………………………97 Martillos……………………..……………………..................................................97 Taladros eléctricos………………………………………………………………….97 Mechas de widia………………………………..................................................97 Cinta métrica……………………………..…………………………………………98 Nivel………………………………………..………………………………………….98 Pinza “pico de loro”…………………………..……………………………………98 Llave ajustable……………………………..........................................................98 Cutter …….……………………………………………………………………………99 Manejo correcto de las herramientas…………………………………………………..99 Seguridad en el uso de las herramientas……………………………………………..111 218


Horacio García

Peligros, causas y medidas preventivas en el manejo de las herramientas manuales ordinarias………………………………………………………………………111 Peligros, causas y medidas preventivas en el manejo de las herramientas portátiles eléctricas o mecánicas……………………………………………………...113

CAPÍTULO 2 Materiales para una instalación domiciliaria ………………………………………..115 Materiales conductores…...……………………………………………………………..116 Conductores eléctricos………………………..…………………………………………116 Clases de conductores………...………………………………………………..116 Materiales aislantes y resistivos…………………………………………………1 19 Empalmes……..……………………………………... ....................................................120 Introducción………………………………………………………………………..120 Tipos de empalmes…...…………………………………………………………..120 Terminales……..…………………………………………………………………………….123 Tipos de terminales………………………………………………………………..123 Interruptores………………………………………………………………………………...124 De corte……………………….……………………………………………………124 De selección………………………..……………………………………………...125 De atenuación………..…………………………………………………………...126 De comando………………..……………………………………………………..127 Pulsadores……………………..……………………………………………………128 Tomacorrientes…………...………………………………………………………………..129 Enchufes……………………..…………………….………………………………………..130 Portalámparas……………….............................………………………………………...131 Cañerías, accesorios y usos…………………..………...............................................132 Introducción..………………………………………………………………………132 Caños de hierro negro liviano…..……………………………………………...132 Manguera corrugada……..……………………………………………………..133 Manguera plástica semirrígida…………………………………………………133 Cable canal………………………………………………………………………..134 Cajas……………………..…………………………………………………………………..135 Introducción……………………………….... ....................................................135 Rectangulares…..…………………………………………………………………135 Octogonales………..……………………………………………………………...135 Cajas estancas para exteriores………………………………………………..136 CAPÍTULO 3 Lámparas…………..………………………………………………………………………..137

Lámpara incandescente………………………………………………………………...138 Introducción……………..…………………………………………………………138 Elementos que la componen…………........................................................138 Funcionamiento…………………………………………………………………...139 Lámpara halógena……………………………………………………………………….140 Introducción………………………………………………………………………..140 Estructura………..………………………………………………………………….140 Funcionamiento…………………………………………………………………...141 Ventajas…………...………………………………………………………………..141 Desventajas………………………………………………………………………...141 Lámpara fluorescente…….…………………………..………………………………….142 Introducción..………………………………………………………………………142 Elementos que la componen…………………………………………………..142 Emisión de luz fluorescente………...……………………………………………145 Funcionamiento……..…………………….......................................................146 219


Horacio García

Ventajas……………..…………………………………………………………… ...147 Desventajas…...……..…………………………………………………………….147 Lámpara de bajo consumo o CFL (Compact Fluorescent Lamp).……………..147 Introducción………..……………………………………………………………… 147 Partes de una lámpara CFL…………..………………………………………...148 Funcionamiento……..…………………………................................................149 Características……...……………………………………………………………..150 Ventajas………………..…………………………………………………………...150 Lámpara de descarga………………………….........................................................150 Introducción………………………………………………………………………..150 Funcionamiento…………………………………………………………………...150 Elementos auxiliares………...…………………................................................151 Eficacia……………………………………………………………………………...151 Características…...………………………………………………………………..152 Factores externos que influyen en el funcionamiento…………………….152 Partes de una lámpara……..……………………………………………………153 Tipos de lámpara de descarga…...…………………………………………...153 A vapor de mercurio.........................................................................154 A vapor de mercurio alta presión…………………………………….155 De luz de mezcla…………...…………………………………………….156 Con halogenuros metálicos...………................................................157 De vapor de sodio……………………………………………………….158 De vapor de sodio baja presión……...............................................158 De vapor de sodio alta presión………………………………………..159

CAPÍTULO 4 Protecciones………………..………………………………………………………………161

Pilar de acometida de tensión……..…………………………………………………..162 Caja para el medidor ………….…………………………………………………………163 Caja para llave termomagnética……...………………………………………………164 Puesta a tierra………………………………………………………………………………164 Introducción………………………………………………………………………………..164 Protección contra cortocircuitos……………………………………………………….167 Introducción…………..……………………………………………………………167 Fusibles…………………..…………………………………………………………..167 Domiciliarios….…………………………...............................................168 Lentos…………...…………………………………………………………..168 Rápidos……………………………………………………………………..168 De acompañamiento………..….......................................................168 Protección contra sobrecargas………..……..………………………………………..169 Introducción………………………………………………………………………..169 Interruptores termomagnéticos………………………………………………..169 Protección contra la electrocución…………………………………………………...170 Peligros de la corriente eléctrica………………………………………………170 Protecciones contra electrocución…………………………………………...171 Disyuntores diferenciales………………………………………………………...171 Reglamento general de suministro eléctrico………………………………………...173

CAPÍTULO 5 Canalizaciones ………………...……..……………………………………………………181 Sistemas de canalizaciones………...…………………………………………………...182 Líneas de acometida………………….......……………………………………………..182 Líneas de servicio………...………………………………………………………………..183 Conductores alimentadores……………..……………………………………………...183 220


Horacio García

Derivación de circuitos o ramales………...……………………………………….......183 Responsabilidades………………………………………………………………………...183 Reglas de seguridad………………………………………………………………………183 Reglas de instalación……………………………………………………………………..184 Consideraciones generales………...…………………………………………..184 Instalaciones con conductores aislados en cañerías……………………..185 Prescripciones particulares para cañerías embutidas……………187 Prescripciones particulares para cañerías a la vista………………190 Instalaciones subterráneas…………..….......................................................192 Etapas de las canalizaciones…………………………………………………………...193

CAPÍTULO 6 Aparatos de med ición…………………...……………...............................................196 Introducción……………...………………………………………………………………... 197 Amperímetros……………………………………………... ............................................197 De corriente continua…..………………........................................................197 De corriente alterna………………………………………………………………199 Lectura de escalas…………...…………………………………………………..199 Escala de amperímetros de C.C…..…………………………………………..199 Escala de amperímetro de C.A………………………………………………200 Precauciones……..………………………………………………………………..200 Voltímetros…………………………………………………………………………………..201 De C.C.………………..…………………………………………………………….201 De C.A……………….………………………………………………………………202 Sensibilidad del voltímetro………………......................................................202 Efectos de carga de los voltímetros...………………………………………...202 Lectura de escalas de voltímetros…………………………………………….203 Precauciones……..………………………………………………………………..203 Óhmetros…………………………………………………... ............................................203 En serie……………..………………………………………………………………..204 En paralelo………………………………………... .............................................204 Lectura de escalas…………………...…………………………………………..205 Escala de óhmetros en serie………...………………………………………….205 Escala de óhmetros en paralelo……………................................................206 Uso del óhmetro………...…………………………………………………………206 Precauciones………..……………………………………………………………..206 Tester o multímetros………………………...……………………………………………..206 Funcionamiento…………………………………………………………………...206 Multímetros digitales…………………….........................................................207 Anexo 2: Guía práctica de seguridad eléctrica …...............................................208 Bibliografía………………………………………………………………………………….214 Agradecimientos…………………………………………………………………………..216

221


Horacio García

222

Manual de Electricidad

Recommend Documents