Principios Basicos de Elctricidad y Electrotecnia

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA SOL DADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN

Tem a 1 1.3

PRINCIPIOS B B Á SICOS D DE E EL ECTRICID A D Y E EL ECTROTECN A I A

A c t u al i zad o p p o r : C Ch ar l es V Veg a S Sc h m i d t

Sept Septiembr iembr e 2004 2004

-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-


ÍNDICE 1.- FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTROTECNIA (CONCEPTO DE CORRIENTE, TENSIÓN Y RESISTENCIA) 1.1.- Corriente eléctrica 1.2.- Tensión eléctrica 1.3.- Resistencia eléctrica 2.- LA LEY DE OHM 3.- CIRCUITOS EN PARALELO Y CIRCUITOS EN SERIE 3.1.-Circuitos serie 3.2.-Circuitos en paralelo 4.- ENERGÍA Y TRABAJO ELÉCTRICO. CALOR POR CORRIENTE ELÉCTRICA 5.- REDES 6.- CAPACIDAD ELÉCTRICA. PRINCIPIO DEL CONDENSADOR 7.- INDUCTANCIA, BOBINAS 8.- CORRIENTE CONTINUA (CC), POLARIDAD, CORRIENTE ALTERNA (CA) 8.1.-Corriente continua (cc) 8.2.- Corriente alterna 8.2.1.- Frecuencia, amplitud y fase 8.2.2.- Valor eficaz 8.2.3. Factor de potencia 8.2.3.1.- Potencia en un circuito resistivo 8.2.3.2.- Potencia en un circuito inductivo 8.2.3.3.- Potencia en un circuito de condensado condensadores. res. 8.2.3.4.- Relación entre la potencia activa, potencia reactiva y la potencia aparente 8.3.- Corriente trifásica 9.- EL MAGNETISMO EN EL SOLDEO 9.1 El transformador, y el puente rectificador (de media onda y de onda completa). 9.1.1.- Inducción mutua 9.1.2.- Puente rectificador. 9.1.3.- Rectificador de media onda 9.1.4.- Rectificador de onda completa 10.- TIRISTORES Y TRANSISTORES 10.1.- Tiristores 10.1.1.- Rectificadores gobernados 10.2.- Transistores 11.- RIESGOS 11.1.- Efectos dañinos de la corriente eléctrica 11.2.- Ambientes de alto riesgo de electrocución 12.- PREVENCIÓN DE RIESGOS 12.1.- Responsabilidades del personal 12.2.- Instalación de línea a tierra 12.3.- Protección contra peligros de la corriente eléctrica eléctrica en fuentes fuentes de energía energía 12.4.- Tensión en vacío


Tema 1.3 -1-


1.- FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTROTECNIA (CONCEPTO DE CORRIENTE, TENSIÓN Y RESISTENCIA) 1.1.1.1.- Corr Corr iente eléctr ica La corriente eléctrica es un flujo eléctrico de una determinada cantidad de electrones que circulan por un conductor en una unidad de tiempo. La unidad de corriente es el amperio “A” que es equivalente al flujo de la carga eléctrica de un Coulomb en un segundo. De forma análoga a un circuito hidráulico, el caudal expresado en litros por minuto es comparable a la corriente eléctrica en amperios. Para un mayor caudal será necesario una tubería de mayor diámetro, igualmente, para la conducción de más amperios es necesario un cable de mayor diámetro. El movimiento de las cargas eléctricas, responde a la acción de un campo eléctrico, constituyendo una "corriente eléctrica".

FIGURA 1 INTENSIDAD DE CORRIENTE, ES EL NÚMERO DE ELECTRONES QUE FLUYEN EN LA UNIDAD DE TIEMPO

1.2.- Tensión eléctrica Este parámetro también se denomina diferencia de potencial, la unidad de tensión es el voltio “ V”, por lo que comúnmente se habla de voltaje. La tensión eléctrica es comparable a la presión del fluido en la tubería de un circuito hidráulico, siendo proporcional a la energía necesaria para mover las cargas eléctricas entre dos puntos de diferente tensión. El concepto de tensión o, mejor, diferencia de potencial, está relacionado con el concepto de trabajo en el campo electrostático. Por ejemplo, si una carga eléctrica q está dentro de

v

v

un campo campo eléctrico eléctrico de intensidad E . El campo electrostático ejerce sobre sobre ella ella una una fuerza q . E . Se afirma que la carga tiene una energía potencial por estar situada en el campo. La variación de energía potencial de dicha carga al llevarla desde un punto inicial i hasta otro final f de de dicho campo eléctrico es, precisamente, el trabajo mecánico necesario para trasladarla desde i hasta f en en contra de las fuerzas del citado campo. U es la diferencia de potencial entre dos puntos considerados, por lo tanto, sería incorrecto hablar del potencial en un punto sin hacer referencia a otro punto. Así por ejemplo, se dice que el punto f está está a un potencial más elevado que el i si para llevar una carga eléctrica positiva desde i hasta f hay hay que realizar un trabajo en contra de las fuerzas del campo. Por lo tanto, es frecuente considerar el potencial de varios -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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puntos con referencia a un nivel de potencial, al que se suele asignar el potencial cero, y que se conoce con el nombre de "tierra". Con este convenio ya puede hablarse de potencial de un punto, por cuanto se sobreentiende cuál es el punto de referencia.

FIGURA 2 TENSIÓN O DIFERENCIA DE POTENCIAL . ES PROPORCIONAL A LA ENERGÍA NECESARIA PARA MOVER LAS CARGAS ELÉCTRICAS ENTRE DOS PUNTOS

1.3.- Resistencia eléctrica Es la oposición al paso de los electrones en un conductor o elemento de un circuito eléctrico. Esta depende de la resistividad específica del material, de la longitud y de la sección del conductor o del elemento resistivo del circuito, la unidad de resistencia eléctrica es el Ohmio “ ” Análogamente en un circuito hidráulico, la resistencia de las tuberías al paso del fluido está dada por la rugosidad de las paredes, el diámetro de la tubería, y las conexiones que son uniones, bridas o válvulas. Estos accesorios tienden a producir turbulencias t urbulencias sobre el flujo del fluido líquido o gaseoso.

FIGURA 3 RESISTENCIA ELÉCTRICA ES LA OPOSICIÓN AL FLUJO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA


Tema 1.3 -3-


2.- LA L EY DE OHM OHM La relación entre la intensidad de corriente, la tensión y la resistencia se expresa en la ley de Ohm. Un enunciado de la ley de Ohm es el siguiente: La diferencia de potencial entre los extremos de un conductor eléctrico, es directamente proporcional a la intensidad que circula por él, siendo la constante de proporcionalidad la resistencia del propio conductor. U=R.I

(1)

U = Diferencia de potencial, medida en voltios “ V” . I = Intensidad de corriente, medida en amperios “ A” . R = Resistencia del conductor, medida en ohmios “ ” . La ley de Ohm es uno de los principios más importantes de los circuitos eléctricos, siendo el fundamento que determina las características del arco eléctrico, las dimensiones de los conductores, en el circuito de alimentación de la red, y en el circuito de los cables de soldar. De la expresión 1 se tiene: R = U / I I

(2)

De esto se entiende que la resistencia es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la intensidad de corriente. Cuando el conductor es de mayor longitud o de menor diámetro, la resistencia al flujo de los electrones es mayor. Si por el contrario, el conductor fuese de menor longitud y de mayor diámetro, la resistencia al flujo de los electrones sería menor. La propiedad de los conductores que afecta a su resistencia debido al material de que está fabricados, es la resistividad específica , que se expresa en ohmios x mm 2 / metro. metro . La resistividad es una propiedad de los materiales, la resistividad específica del cobre es de 0,0175 . mm mm 2 / m. La conductancia se expresa en Siemensio (Siemens = A / V). V). Y la conductividad específica del cobre es 56 m / . mm2. La resistencia es la inversa de la conductancia eléctrica.


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FIGURA 4 RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA , LA TENSIÓN Y LA INTENSIDAD

Un ejemplo sencillo de aplicación la ley de Ohm es el cálculo de la caída de tensión entre una toma de energía y el aparato eléctrico que se desea poner en funcionamiento. Otra aplicación típica es el cálculo de la sección mínima del conductor para una carga determinada, y una longitud de conductor. Esto se explica en el siguiente ejemplo: ¿Cuál será la caída de tensión en los cables de alimentación de un motor cuya potencia es de 2,5 kW, conectado a una tensión de 230 V, si la sección de los cables es de 5 mm2, con una distancia entre la toma de energía y el motor de 40 metros?. Solución.

L1 230 V

M

Pot = 2,5 kW

L2 FIGURA 5 CIRCUITO DE CONEXIÓN DE LOS CABLES DE ALIMENTACIÓN PARA UN MOTOR DE 2,5 K W DE POTENCIA .

L 1 = L 2 = 40 m La longitud total total de los cables cables es 2 x 40 m = 80 m. m. Para la potencia de 2,5 kW y la tensión t ensión de 230 V la intensidad de corriente será I = P / U I = 2500 W / 230 V = 10,86 A. Con la conductividad específica del cobre resistencia del cable.

= 56 m /

RC = (1/ ) . L / S = (1/ 56 m /

. mm 2, y los datos hallados se obtiene la

. mm 2) x 80 m / 5 mm 2 = 0,2857

Aplicando la ley de Ohm, se tiene que la caída de tensión es: U=R.I;

U = RC . I ;

U = 0,2857

x 10,86 A = 3,10 V


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Evidentemente, si se incrementa la potencia del motor, la intensidad de corriente será mayor, con lo que la caída de tensión por este cable será incrementada. Siendo necesario un cable de mayor sección para disminuir la caída de tensión. En el caso ilustrado, la tensión real que recibe el motor es 28,9 V, pero si la tensión de la toma de corriente fuese menor a 220 V, la tensión que recibirá el motor sería mucho menor, con lo que no podría funcionar normalmente con la máxima potencia. Las fuentes de energía son en general de mayor potencia, para un correcto funcionamiento de las mismas, es necesario procurar que la alimentación eléctrica sea la adecuada. Es común instalar una subestación eléctrica en las naves industriales, para poder asegurar la alimentación de corriente en un taller de soldadura. Por ello, las instalaciones industriales tienen la opción de alimentación a 380 V ó 500 V para disminuir la caída de tensión, pues a mayor tensión la corriente que circula por el circuito será menor para la misma potencia (I ( I = P/U), P/U), y la sección necesaria de los cables es menor.

3.- CIRCUITOS EN PARALELO Y CIRCUITOS EN SERIE 3.1.- Circuitos serie Si se conectan varios componentes eléctricos, tales como resistencias, de manera que formen una cadena continua, se dice que los componentes constituyen un "circuito serie" siendo la corriente que circule por todos ellos la misma. Consideremos el circuito de la figura 6, formado por una batería y tres resistencias. r esistencias. La corriente de intensidad I origina una diferencia de potencial entre los terminales de cada resistor, viniendo dada aquélla por la ley de Ohm, esto es: U1 = I . R1; U2 = I . R2

y

U3 = I . R3

Es evidente que la suma de estas tensiones es igual a la fuerza electromotriz de la batería, es decir: U = U1 + U2 + U3 = I (R1 + R2 + R3) = I . Req donde Req es la "resistencia equivalente" equivalente" del conjunto = R1 + R2 + R3 Un circuito útil basado en la conexión en serie de resistencias es el "divisor de tensión", en el cual se conecta la unión entre cada par de resistencias a un terminal de un conmutador selector de tomas múltiples. múltiples. Colocando el conmutador en cada una de las diversas tomas, puede obtenerse entre los terminales de salida una fracción dada de la tensión U de la batería. Ver figura 7.

FIGURA 6 CIRCUITO EN SERIE


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FIGURA 7 CIRCUITO EN SERIE CON DIVISOR DE TENSIÓN

3.2.- Circuitos en paralelo Otra manera de conectar componentes eléctricos, tales como resistencias, es la representada en la figura 8, ya que, en este caso, la diferencia de potencial entre los extremos de cada resistor del circuito es la misma siendo prácticamente constante si es que la caída de tensión entre los puntos de conexión de los resistores es cero; a esta forma de conexión se le da el nombre de "circuito paralelo". En él, las intensidades de las corrientes que circulan por cada resistor están dadas por la ley de Ohm en la forma: i 1 = V/R1; i 1 = V/R2 y i 3 = V/R3 En este caso, la suma de las intensidades es igual a la intensidad de la corriente que suministra el generador, es decir: I = i 1 + i 2 + i 3 = V (1/R 1 + 1/R2 + 1/R3) = V (1/R eq) donde Req es la "resistencia equivalente" del conjunto.

FIGURA 8 CIRCUITO EN PARALELO -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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La tensión entre los extremos de cada resistor es constante. U = U1 = U2 = U3 En la figura 8, la potencia total que consumirá el circuito es: P = U.I

(Watt)

4.- ENERGÍA ENERGÍA Y TRABAJO TRABA JO ELÉCTRICO. ELÉCTRICO. CALOR CAL OR POR CORRIENTE CORRIENTE ELÉCTRICA ELÉCTRICA La energía es la capacidad de desarrollar trabajo o calor. Un motor transforma la energía eléctrica en movimiento, y una resistencia eléctrica transforma la energía eléctrica en calor. El trabajo eléctrico es el producto de la potencia por el tiempo: Wel = U . I . t ( W . s ) Y el calor producido por un una resistencia en un circuito eléctrico es: Q = I2 . R . t (Julio s) Bajo ciertas circunstancias puede compararse ambos tipos de transformación de energía, pero debido a las pérdidas de energía tanto por fricción como por radiación, ambas formas de transformación de energía no son equivalentes.

5.- REDES En el caso más sencillo, los posibles conjuntos de elementos de circuito conectados en serie y paralelo pueden analizarse aplicando sucesivamente las ecuaciones que hemos encontrado en los párrafos anteriores. Sin embargo, en otras ocasiones, no es posible agrupar dentro de las dos formas de conexión anteriores las redes que pueden aparecer en los circuitos prácticos. Eso da lugar a una parte importante de esta teoría que recibe recibe el nombre genérico de "análisis "análisis de circuitos".

6.- CAPACIDAD ELÉCTRICA. PRINCIPIO DEL CONDENSADOR Un condensador simple está constituido por dos chapas o discos paralelos separados por una distancia determinada. Cuando ambas superficies están cargadas con electrones e iones, siendo una de carga positiva y la otra de carga negativa, las cargas permanecen almacenadas hasta el momento en que el condensador sea conectado a un circuito en serie, de modo que las cargas negativas se trasladarán mediante un conductor hacia la otra superficie hasta equilibrar el nivel de las cargas. En el circuito que se observa en la figura 9, el condensador no permite el paso de la corriente, pero al inicio de la conexión con la fuente de energía el condensador empieza a cargarse de los electrones en uno de los discos, al final de la carga el aumento de la tensión llega hasta el nivel de la tensión de la fuente de energía, tal como se observa en la figura 10. En un condensador la corriente y la tensión no varían simultáneamente, porque la corriente eléctrica se carga o se descarga con mayor velocidad que la tensión, se dice que la corriente se adelanta a la tensión.


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.

FIGURA 9 CIRCUITO DEL CONDENSADOR CONECTADO A UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA

FIGURA 10 V ARIACIÓN DE LA CORRIENTE Y LA TENSIÓN EN LA CARGA DE UN CONDENSADOR

7.- INDUCTANCIA, INDUCTANCIA, BOBINAS BOBINA S Una bobina conectada a un circuito de corriente continua produce un campo magnético. Al desconectar el circuito, este campo magnético o carga inductiva se transforma nuevamente en energía eléctrica que será liberada de la bobina. La figura 11 representa un circuito en serie con una bobina, llamada también inductancia. En el instante de la carga inductiva en la bobina, la corriente y la tensión tienen un comportamiento opuesto al del condensador, porque la intensidad tiene un retrazo con respecto a la tensión. Esto puede observarse en la figura 12.


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FIGURA 11 CIRCUITO INDUCTIVO CONECTADO A UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA

FIGURA 12 V ARIACIÓN DE LA CO RRIENTE Y LA TENSIÓN EN LA CARGA D E UNA INDUCTANCIA

8.- CORRIENTE CONTINUA (CC), POLARIDAD, CORRIENTE ALTERNA (CA) 8.1.8.1.- Corr Corr iente co nti nua (CC) (CC) La corriente continua denominada “CC” es constante durante el tiempo, siendo la tensión y la intensidad invariables en tanto el generador de corriente continua esté operativo. Solamente en los acumuladores y en las baterías es posible un descenso de tensión e intensidad en función a la descarga normal de estas fuentes de energía. La corriente continua se puede representar como una línea recta en el transcurso del tiempo. En comparación con el circuito hidráulico, la corriente continua es semejante al flujo de líquido en una tubería, así en un conductor eléctrico los electrones fluyen de una sola dirección en todo el circuito, tal como se ilustra en la figura 13.


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FIGURA 13 COMPARACIÓN DE LA CORRIENTE CONTINUA CON EL FLUJO DE LÍQUIDO EN UNA TUBERÍA .

En la corriente continua es necesario tener presente la polaridad, cuyos efectos son importantes en el funcionamiento de algunos circuitos electrónicos, y también en el comportamiento del arco eléctrico. Este último punto se describe con mayor amplitud en el tema 1.4 El Arco Eléctrico.

8.2.8.2.- Corr Corr iente Alterna Al terna Las tensiones e intensidades de las corrientes que circulan por los circuitos de corriente alterna no son estacionarias sino que varían con el tiempo. La más sencilla de las corrientes variables con el tiempo, cambia periódicamente su sentido y recibe el nombre de "corriente alterna", abreviadamente “CA”. La mayoría de los conceptos desarrollados anteriormente para las corrientes continuas puede trasladarse a los circuitos de CA. En éstos son importantes dos nuevos elementos que se añaden a la resistencia y que trataremos en estas preguntas. La figura 14 representa una comparación del cambio de sentido del flujo de los electrones en la corriente alterna y la figura 15 representa la onda sinusoidal de la corriente alterna. -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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FIGURA 14 REPRESENTACIÓN DEL CAMBIO DE SENTIDO DEL FLUJO DE LOS ELECTRONES DE LA CORRIENTE ALTERNA . 8.2.1. 8.2.1.-- Frecuencia, amplit ud y fase

La forma de onda alterna más sencilla es la "onda sinusoidal" de tensión o de intensidad, la cual varía de forma sinusoidal con el tiempo. Se genera esta forma de onda, haciendo variar la componente vertical de un vector que gire en sentido contrario al de las agujas del reloj, con velocidad angular constante w , tal como se indica en la figura 15. A una revolución completa se le da el nombre de "ciclo" y el intervalo de tiempo que transcurre en un ciclo recibe el nombre de "período", T. El número de ciclos por segundo es la "frecuencia", f , y por tanto f = 1/T. 1/T. El valor de la frecuencia para el sector industrial y doméstico en Europa es de 50 Hz, y en algunos países de América es de 60 Hz. Como a una revolución completa corresponden 2 radianes (rd) y transcurre en el tiempo de T segundos. w = 2π / T = 2 f

Si es Vp la longitud del vector, el valor instantáneo en un instante cualquiera t es: V = V p sen wt -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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donde Vp es la amplitud, valor máximo o valor de pico de la onda sinusoidal. Si dos formas de onda sinusoidales tienen la misma frecuencia pero se anulan en instantes diferentes, se dicen que están fuera de fase y el ángulo que forman los dos vectores giratorios se denominan "ángulo de diferencia de fase". Una onda sinusoidal de tensión viene descrita completamente por su frecuencia y amplitud, a menos que se la compare con otra señal de la misma frecuencia. En este caso más general de la tensión debe contener el ángulo de diferencia de fase, v = V p sen (wt + θ ) (10)

Debemos llamar la atención que, en la simbología que empleamos, se utilizan letras minúsculas para designar tensiones (o intensidades) variables con el tiempo, mientras que las mayúsculas se emplearán para hacer referencia a valores constantes o a magnitudes que expresan cantidades en corriente continua.

FIGURA 15 REPRESENTACIÓN DE LA ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA

En una forma práctica, el vector que gira en sentido contrario a las agujas del reloj, es un conductor en forma de una espira de un rotor, que gira dentro del campo magnético de un estator como el que se representa en la figura 16 a). Así, cuando la espira está muy cerca de los polos, la corriente y la tensión inducidas en el conductor son máximas, siendo éste el punto de la amplitud de la onda. Por el contrario, cuando la espira está en un punto neutro entre ambos polos, la tensión y la corriente inducidas son nulas, es en este momento cuando el flujo de los electrones cambia de sentido. Esto se aprecia en la figura 16 b).

FIGURA16 A

FIGURA16B

FIGURA 16 A)

ESQUEMA DE UNA ESPIRA EN UN ROTOR DENTRO DEL CAMPO MAGNÉTICO PARA LA GENERACIÓN DE LA ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA . B ) TENSIÓN INDUCIDA EN CADA INSTANTE , DEPENDIENDO DEL ÁNGULO DEL PLANO DE LA ESPIRA .


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ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA SOL DADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN 8.2.2.- Valor eficaz

Es necesario comparar la intensidad o la tensión de una corriente sinusoidal con la de una corriente continua. Ello se logra comparando el efecto JOULE que originan una y otra en un mismo resistor. Es decir, el "valor eficaz" de la intensidad de una corriente sinusoidal es igual a la de una corriente continua que produzca el mismo efecto JOULE Q = I 2 . R . t . t . Cálculos muy sencillos nos expresan que el valor eficaz es el valor máximo dividido por raíz de dos. Es decir: Ie = I p /

2

y

Ve = Vp /

2

El valor eficaz es el “promedio geométrico” de la corriente alterna en un intervalo de tiempo T. Considerando un resistor de 1 Ohmio, conectado a un circuito de corriente continua, el calor producido en un determinado tiempo T será proporcional al cuadrado de la intensidad que circula por el circuito. El calor resultante por el efecto será JOULE será proporcional al cuadrado de la intensidad I2 . Si el tiempo T es igual al de un período de la onda de corriente alterna, la comparación se observa gráficamente en las figuras 17 y 18.

FIGURA 17 REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA CORRIENTE I EN RELACIÓN CON EL TIEMPO T

Asumiendo que la amplitud de la corriente que circula por el circuito de corriente alterna sea de 5 Amperios, la amplitud del cuadrado de la corriente en ese instante será de 25 A 2. Pero la energía real es la que resulta de superponer las crestas de las ondas en los espacios donde la intensidad de corriente es cero por el cambio de sentido de los electrones, esto significa cortar la onda en dos partes como se aprecia en la figura 18 b), con lo que resulta que el calor generado en el circuito de corriente alterna es I2 / 2 , es decir 12,5 A 2. Siendo el valor efectivo de la corriente alterna igual a la raíz cuadrada de 12,5 A 2, que es 3,5 A. A.


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FIGURA 18 A)

REPRESENTACIÓN DE LA ENERGÍA TÉRMICA EN FUNCIÓN DE LA ONDA SINUSOIDAL DE LA CORRIENTE ALTERNA , LA ENERGÍA TÉRMICA NO PUEDE SER NEGATIVA Y SE REPRESENTA COMO EL CUADRADO DE LA INTENSIDAD DE LA ONDA SINUSOIDAL . B ) REPRESENTACIÓN DE LA COMPLEMENTACIÓN DE LAS ÁREAS DE LA ENERGÍA TÉRMICA EN UN RECTÁNGULO IGUAL AL QUE RESULTARÍA CON EL VALOR EFECTIVO DE LA CORRIENTE ALTERNA .

Los amperímetros y voltímetros capaces de medir señales de corriente alterna están calibrados, casi siempre, en función de los valores eficaces, con el fin de facilitar la comparación de sus lecturas con los instrumentos de medida de corriente continua. Se entiende, en general, que las tensiones e intensidades de corriente alterna están caracterizadas por sus valores eficaces, a menos que se especifique otra cosa. 8.2.3. 8.2.3. Factor Factor de pot encia

La potencia eléctrica en un circuito de corriente continua es el producto de la intensidad por la tensión. En corriente alterna sin embargo, existe una variación en función de las ondas sinusoidales de estos parámetros, dependiendo del retraso de la corriente con respecto a la tensión, debido a la inductancia propia de los conductores y de las bobinas de los transformadores. El producto simple de la intensidad por la tensión se denomina potencia aparente, pero la potencia activa está afectada por un factor de potencia que puede variar de cero a uno (0 a 100% de la potencia aparente) . Supongamos Supongamos que la intensidad de la corriente y la tensión en un instante t están dadas por: i p = I p sen wt

y

v = V p sen ( wt wt + θ )

Donde w es la velocidad angular constante del vector Ip o Vp y es el ángulo de retraso de la corriente con respecto a la tensión. Pues bien, la potencia activa se activa se encuentra promediando el producto de ambos para un ciclo completo, es decir:


Tema 1.3 -15-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA SOL DADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN t

∫

P = 1 / T v i dt = Ve I e cos θ v

donde cos es el factor de potencia del circuito, cuyo valor está en el rango de 0 a 1. La potencia que no se aprovecha o que se pierde se denomina potencia reactiva, teniendo esta tres potencias, se representa idealmente en un sistema de coordenadas usando los números imaginarios. Pero la inductancia es opuesta a la capacidad eléctrica, siendo un banco de condensadores conectado en paralelo al circuito de la red, el que compensa éstas pérdidas por inductancia. Actualmente existen reglamentos para los usuarios de corriente eléctrica industrial, con la finalidad de que las instalaciones no afecten a la red haciendo que los equipos electrónicos se puedan estropear. Por ello es necesario que los talleres de soldeo con varias grupos instalen un banco de condensadores en sus subestaciones. Un banco de condensadores auto compensado compensado permite mantener mantener un ángulo muy cercano a 0º con lo que el factor de potencia será muy aproximado a 1, siendo la potencia activa casi igual a la potencia aparente. 8.2.3.1.- Potencia en un circuito resistivo.

Cuando una resistencia está conectada en un circuito de corriente alterna, idealmente las ondas de la corriente y la tensión están en fase, entonces en un determinado instante la potencia será igual al producto de la tensión y la intensidad, siendo la potencia activa igual al promedio aritmético de estos parámetros. P = U . IR La figura 19 representa las ondas de la tensión U y la intensidad I para un circuito resistivo.

FIGURA 19 REPRESENTACIÓN DE LA POTENCIA ACTIVA EN UN CIRCUITO RESISTIVO .


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8.2.3.2.- Potencia en un circuito inductivo

En una bobina conectada a un circuito de corriente alterna, se produce un retraso de la corriente con respecto a la tensión, siendo la potencia el producto de una onda positiva con otra negativa, se puede representar la onda resultante como una onda de potencia alterna, donde la potencia negativa es una energía que retorna a la red. Idealmente se puede representar una onda de intensidad desfasada en 90º con respecto a la onda de la tensión, con lo que la onda de de la potencia será alterna con con una frecuencia igual al doble de la frecuencia de la intensidad o de la tensión, como se observa en la figura 16. La potencia inductiva pura es una potencia reactiva que se representa como: QL = U . IL

FIGURA 20 EFECTOS DE LA TENSIÓN Y LA INTENSIDAD DESFASADAS EN 90º SOBRE LA POTENCIA EN UN CIRCUITO INDUCTIVO .

En un circuito puramente inductivo como el de la figura 20 la media aritmética de la potencia es igual a cero, siendo una energía que retorna a la red entre un transformador de potencia y el usuario. La potencia reactiva es una potencia que no se transforma en calor ni en otra forma de energía. Por eso es que se debe eliminar mediante compensación con un banco de condensadores. La resultante de un circuito resistivo - inductivo es una onda de potencia con una pérdida parcial debida a la inductancia, donde la onda de la corriente está retrasada en un ángulo comprendido entre 0 y 90º con respecto a la tensión. La potencia resultante se denomina potencia aparente y se representa como P A. PA = U . I . cos La figura 21 ilustra la relación entre la potencia, la tensión y la intensidad, con una pérdida de potencia inductiva. La potencia potencia tiene una curva positiva y negativa negativa pero de amplitudes amplitudes diferentes. La potencia potencia aparente es el promedio aritmético de las ondas positivas y negativas.


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FIGURA 21 RELACIÓN DE LA INTENSIDAD DESFASADA CON RESPECTO A LA TENSIÓN SOBRE LA POTENCIA , LA ONDA NEGATIVA REPRESENTA LA PÉRDIDA POR LA POTENCIA REACTIVA DEBIDA A LA INDUCTANCIA . 8.2.3. 8.2.3.3.3.- Potencia en un ci rcui to de co ndensadores

Un circuito de condensadores produce un efecto contrario a la inductancia, es decir, la corriente se adelanta con respecto a la tensión. Si el banco de condensadores tiene un sistema de conmutación para compensar la inductancia, se logra tener un factor de potencia muy cercano a 1. 8.2.3. 8.2.3.4.4.- Relació Relació n entre la po tencia acti va, potenci a reacti reacti va y l a potenci a aparente aparente

La potencia aparente se puede estimar en función a la potencia activa y la potencia reactiva: P A2 = P2 + QL2 Siendo: P A la potencia aparente (VA) P la potencia activa (W) QL la potencia reactiva (var) Las tres potencias se representan en un triángulo recto como el de la figura 22.

Potencia Aparente P A Potencia Reactiva QL

Potencia Potencia Activa P FIGURA 22 RELACIÓN DE LA POTENCIA APARENTE , POTENCIA ACTIVA Y POTENCIA REACTIVA


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De acuerdo con la figura 22, el factor de potencia se expresa como: cos co s

= ( Potencia Activa Act iva P ) / ( Potencia Aparente P A )

8.3.- Corriente trifásica La corriente alterna que normalmente se emplea es trifásica, esto quiere decir que está integrada por tres corrientes alternas monofásicas, ver figura 23. Para el transporte de las tres corrientes monofásicas por las compañías eléctricas hasta un receptor, se precisan 2 conductores por cada corriente monofásica. En un circuito en estrella, se unen en un sólo conductor el retorno de las tres fases, con lo que se precisan sólo cuatro conductores, el cable de retorno se denomina neutro.

FIGURA 23 ESQUEMA DE LAS CONEXIONES DE UN GENERADOR TRIFÁSICO .

Se suministra la tensión U de 380 V entre fases. Cuando se realiza una conexión entre una fase y el neutro, se obtiene una tensión Ust de 220 V. La conexión en estrella se ilustra en la figura 24.

FIGURA 24 CIRCUITO EN ESTRELLA ENTRE EL GENERADOR Y EL USUARIO


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La corriente trifásica está constituida por tres ondas de corriente alterna monofásica desfasadas en 120º eléctricos entre sí, tal como se ilustra en la figura 25. La superposición de las tres ondas en la tensión de 380 V está en la figura 26.

FIGURA 25 REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS INDIVIDUALES DE LA CORRIENTE TRIFÁSICA .

FIGURA 26 REPRESENTACIÓN DE LA SUPERPOSICIÓN DE LAS TRES ONDAS MONOFÁSICAS DE LA CORRIENTE TRIFÁSICA .

La corriente trifásica está constituida por tres ondas monofásicas que tiene la misma frecuencia, frecuencia, la misma amplitud y que están desfasadas en 120º eléctricos entre sí.

9.- EL MAGNETI MA GNETISMO SMO EN EL SOLDEO El fenómeno de electromagnetismo se presenta en un conductor simple, cuando por él circula una corriente continua o alterna. Al hacer una bobina con el conductor se suman los campos magnéticos de cada espira, haciendo que el flujo magnético sea más fuerte. Como se aprecia en la figura 27.


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FIGURA 27 C AMPO MAGNÉTICO L ONGITUDINAL RESUL TANTE DE LA SUMATORIA DE L OS CAMPOS MAGNÉTICOS DE CADA ESPIRA .

Un electroimán es una bobina de alambre con un núcleo de acero, el campo magnético de un electroimán es más intenso que el de una bobina simple. Este principio magnético es el que se utiliza en solenoides, válvulas magnéticas, motores, transformadores y muchos otros dispositivos de uso industrial. La figura 28 representa un conductor simple y el campo magnético que circula alrededor de su eje. También se ilustra un electroimán constituido por una bobina conectada a una fuente de corriente continua.

FIGURA 28 ESQUEMA DE UN CONDUCTOR Y SU CAMPO MAGNÉTICO . PRINCIPIO DEL ELECTROIMÁN.

La corriente se transforma en campos magnéticos y finalmente en fuerza Dos conductores cercanos son atraídos cuando la corriente circula en el mismo sentido por ambos, pero son separados cuando las corrientes de ambos circulan en sentidos opuestos con respecto al otro. Esto es muy molestoso para los procesos que usan dos alambres simultáneamente, como es el proceso de arco sumergido con dos alambres en TANDEM. Otro efecto negativo para el soldeo es el soplo de arco, este fenómeno se presenta en el soldeo con electrodo revestido. Para eliminar el efecto de soplo de arco se tienen técnicas de inclinación del electrodo y uso de corriente alterna. El proceso TANDEM en arco sumergido utiliza el primer electrodo con corriente corri ente continua y el segundo con corriente alterna. -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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9.1 9.1 El transform ador, y el puente rectifi cador (de media onda y de onda comp leta). leta). 9.1.1.- Inducción mutua

Un flujo magnético variable creado por la corriente que circula por una bobina, induce una corriente en otra bobina conectada a otro circuito, cuando ambas bobinas están en un solo núcleo. Según la ley de AMPERE, en el segundo circuito se inducirá una fuerza electro motriz (f.e.m.) Se define el "coeficiente de inducción mutua" entre los circuitos 1 y 2, en la forma: θ 2

= M12 i1

donde θ2 es el flujo magnético que atraviesa el circuito 2 y ha sido creado por la corriente eléctrica de intensidad I1 que circula por el circuito 1. Una aplicación práctica muy importante de este concepto es el "transformador", el cual presenta dos bobinas devanadas sobre un núcleo de hierro. Con ello se consigue que el coeficiente de inducción mutua entre las dos bobinas sea lo mayor posible. En la figura 29, se ha representado esquemáticamente un transformador con un devanado "primario" que forma parte de un circuito y un devanado "secundario" "secundario" que forma parte del segundo circuito.

Tensión 1

Intensidad 1

Flujo Magnético Magnético

Tensión 2

FIGURA 29 ESQUEMA DE UN TRANSFORMADOR SIMPLE, COMPUESTO POR LOS CIRCUITOS PRIMARIO Y SECUNDARIO , AMBOS EN UN NÚCL EO DE HIERRO

Consideremos un transformador ideal, en el cual todo el flujo magnético creado por el primario atraviesa el secundario. Supongamos éste en circuito abierto y el primario conectado a un generador de tensión sinusoidal. La intensidad de la corriente que circula por el primario está determinada por el coeficiente de autoinducción del primario. La tensión V1 inducida en el primario es proporcional al coeficiente de -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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autoinducción de éste, en virtud de la ley de FARADAY y el coeficiente de autoinducción citado es proporcional al número de espiras del primario. Como todo el flujo atraviesa también el secundario, la tensión V2 inducida en éste es proporcional al número de espiras del secundario, esto es: V1 V2

=

n1 n2

Obsérvese que podemos realizar un transformador "elevador" o un transformador "reductor", según que N1 << N2 o N1 >> N2, en el cual la tensión del secundario es mayor o menor, respectivamente, que la del primario. Cuando se conecta una "carga" al secundario, tal como un resistor. La corriente que circule por el secundario dará lugar a un consumo de energía por efecto de JOULE en el resistor. La energía proviene del circuito primario y alimenta al secundario. Las corrientes del primario y secundario crean un flujo magnético en el núcleo. Así pues, la corriente en el circuito secundario exige que circule una corriente por el primario, con lo que el flujo magnético máximo permanece constantemente igual al valor que tiene cuando el transformador funciona en vacío. Debemos hacer notar que el flujo magnético total en el núcleo no varía con la intensidad de la corriente, porque los flujos debidos a las corrientes de primario y secundario son iguales y opuestos. Esto significa que, idealmente no hay pérdidas de flujo magnético, la relación de transformación es: n1 i1 = n2 i2 donde hemos vuelto a utilizar el hecho que el coeficiente de autoinducción es proporcional al número de espiras del devanado. La intensidad de la corriente de primario, I1, que figura en la ecuación anterior sólo se refiere, en realidad, a la corriente que acompaña a una carga en el secundario. La corriente en vacío suele ser tan pequeña que puede despreciarse, es prácticamente cero. La ley de transformación tr ansformación es: U1 / U2 = N1 / N2 = I2 / I1 9.1.2. 9.1.2.-- Puente rect ifi cador

Un rectificador ideal tiene una resistencia nula en un sentido y resistencia infinita en el sentido opuesto. Si se intercala un rectificador con un circuito de c.a., la intensidad de la corriente será nula mientras la polaridad de la tensión aplicada al rectificador tenga el sentido opuesto al favorable. Por tanto, sólo circulará corriente en un sentido y se dice que se ha "rectificado" la corriente alterna. Así pues, en sentido restringido, ha de entenderse por "rectificación" la conversión de la corriente alterna en corriente continua unidireccional mediante dispositivos eléctricos. Cualquier dispositivo eléctrico que ofrezca baja resistencia a la corriente de un sentido y resistencia elevada a la corriente de sentido contrario, poseerá características de rectificador. Existe cierto número de dispositivos que poseen estas propiedades de resistencia variable, entre los cuales pueden citarse: los diodos termiónicos de vacío, de gas o de vapor, los de cátodos de mercurio, los rectificadores metálicos y los diodos semiconductores.


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Los rectificadores, de gran capacidad para aplicaciones industriales, pueden clasificarse según sus características propias en dos grupos generales: que posean una resistencia infinita en el semiperíodo inverso o que, con esta resistencia, en el directo tengan una caída de tensión prácticamente constante. Desde luego, una de las principales aplicaciones de los rectificadores la constituyen los circuitos de alimentación de potencia que convierten las tensiones alternas de línea ordinarias de 220 V y 50 Hz en tensiones continuas adecuadas para diversas aplicaciones prácticas. Aunque en los comienzos se utilizó el diodo de vacío, en la actualidad el diodo de unión ha desplazado, casi totalmente, al primero, a causa de sus muchas ventajas. 9.1.3. 9.1.3.-- Rectifi cador d e media onda

FIGURA 30 RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA CON UN SOLO DIODO

Un circuito rectificador elemental como el de la figura 30, está constituido por un diodo en serie con un generador de corriente alterna y una carga resistiva. Cuando la polaridad del generador hace positivo al ánodo con respecto al cátodo, el diodo conduce y circula una intensidad de corriente eléctrica por la carga. En el semiciclo de polaridad opuesta, el diodo no conduce y la corriente tiene una intensidad nula. La intensidad de corriente que circula por la carga es una sucesión de semiciclos sinusoidales y el circuito recibe en nombre de "rectificador de media onda". 9.1.4. 9.1.4.-- Recti Recti fic ador de ond a compl eta

FIGURA 31 RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

El rectificador de media onda permanece inactivo durante la mitad del ciclo de entrada y por tanto tiene un rendimiento menor, porque la onda negativa se pierde. Disponiendo cuatro diodos de la manera que se indica en la figura 31 con lo que cada diodo conduce durante un semiciclo distinto, se obtiene la rectificación -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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de "onda completa". El flujo de electrones pasa alternadamente por los pares de diodos opuestos, en cada par de diodos, uno sirve para la corriente de ida hacia la carga, y el otro sirve para la corriente de retorno al transformador.

FIGURA 32 PRINCIPIO DE LA RECTIFICACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA , CON TRES PARES DE DIODOS

La rectificación de la corriente alterna trifásica se realiza mediante tres pares de diodos, tal como se ilustra en la figura 32. El concepto de oscilación residual es la relación entre el cambio de tensión de la corriente rectificada con respecto a la corriente continua media resultante. La oscilación residual de la onda rectificada de la corriente trifásica es de apenas 4,2% , en comparación con la oscilación residual de la onda completa que es de 48%.

10.- TIRISTORES Y TRANSISTORES 10.1.10.1.- Tiris tor es Los tiristores son dispositivos comparables a las válvulas hidráulicas antirretorno, pero que simultáneamente pudiesen controlar el paso del caudal. Los tiristores son semiconductores con un interruptor de control. La semionda positiva de la corriente alterna será rectificada solamente cuando una tensión de control accione el interruptor del tiristor. El tiempo de permanencia de la tensión de control se puede ajustar a voluntad (tiempo puntual de encendido o tiempo puntual de rectificación). Con estos dispositivos es posible ajustar con rapidez el valor efectivo de la potencia eléctrica, sin puntos intermedios de control y casi sin pérdidas. De forma similar a los diodos, la onda neg negativa ativa no pasa por los tiristores. Las funciones de control que realizan los tiristores pueden ser conmutación, rectificación controlada, conversión de frecuencia, control de potencia eléctrica, etc. La familia de los tiristores comprende aquellos -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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dispositivos de estado sólido que actuando como interruptores, realizan su acción biestable de conducción-no conducción, valiéndose de ciertos fenómenos físicos de carácter regenerativo que tienen lugar en uniones semiconductoras. Los tiristores pueden dividirse en dos grupos: 

Aquellos que están capacitados para dejar pasar la corriente en una sola dirección, "unidireccionales", y



Los que están diseñados para dejar pasar la corriente en ambos sentidos, "bidireccionales".

Ejemplo clásico de los primeros es el "rectificador controlado de silicio" (silicon controlled rectifier), abreviadamente abreviadamente SCR; de los segundos, el "triac". Otros miembros de la familia son el "transistor monounión programable" (PUT), el "diac", el "rectificador controlado de silicio activado por luz" (LASCR), etc.

FIGURA 33 PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO DEL TIRISTOR. CIRCUITO EN SERIE DE UN TIRISTOR Y UNA CARGA CONECTADOS A UNA FUENTE DE CORRIENTE ALTERNA . EFECTOS SOBRE LA RECTIFICACIÓN DE LA ONDA POSITIVA . (INSERTAR LA FIGURA DE LOS TIRISTORES ). 10.1.1 10.1.1..- Recti Recti fic adores go bernados

Con frecuencia, es necesario gobernar la potencia suministrada a una cierta carga, tal como un motor eléctrico o el circuito calefactor de un horno. Los potenciómetros y resistores en serie consumen potencia, potencia, lo que constituye un serio inconveniente en los circuitos de potencia. Se han desarrollado "rectificadores gobernados" que pueden ajustar la potencia transmitida con poco consumo. La unidad de este tipo más satisfactoria es el "rectificador gobernado de silicio" o SCR. Este semiconductor es análogo a un rectificador en el cual se gobierna la conducción en sentido directo mediante la corriente de un electrodo regulador, al que se da nombre de "cebador" o "puerta".

10.2.10.2.- Transistor Transis tor es Los transistores son comparables a las válvulas antirretorno pero de una reacción extremadamente rápida. Son semiconductores de control con interruptores que permiten el paso de intensidades de corriente -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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de hasta 30 A por cada transistor en el lapso de microsegundos. Por esta razón son también usados como resistencias óhmicas de muy rápida variación. En las conexiones de control de las fuentes de energía para el soldeo, son útiles como interruptores de respuesta rápida. Las funciones electrónicas de los transistores tienen lugar dentro de un cuerpo sólido. Son pequeños, su duración es prácticamente ilimitada, ya que el elemento activo, los electrones, no pueden agotarse. Además, los dispositivos semiconductores precisan de muy poca potencia para su funcionamiento y constituyen elementos de circuito de gran rendimiento. La desventaja principal de los dispositivos semiconductores es la falta de regularidad en su funcionamiento a temperaturas elevadas, lo que limita la temperatura de funcionamiento de la mayoría de dispositivos a pocos centenares de grados centígrados. Los semiconductores son también sensibles a la contaminación química, por los que los transistores deben estar bien protegidos de la atmósfera. Las características de los dispositivos semiconductores se apoyan directamente en las propiedades de estos materiales. En realidad, la gran variedad de dispositivos que se han desarrollado desde la aparición del transistor sólo son posibles a causa de la versatilidad de los materiales semiconductores.

FIGURA 34 PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR. (INSERTAR LA FIGURA DE LOS TRANSISTORES ).

11.- RIESGOS 11.1 11.1..- Efectos Efectos dañinos de la cor riente eléctrica Dependiendo Dependiendo de la intensidad de la corriente eléctrica que circule por el cuerpo humano, y de la duración de la misma. los accidentes por electrocución pueden ser los siguientes: - Descarga eléctrica (tensión mayor o igual a 65 65 Voltios de corriente alterna). - Agarrotamiento muscular (transtorno del sistema nervioso) - Paro cardíaco y/o respiratorio - Muerte por convulsiones cardiovasculares - Quemaduras.


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11.2 11.2..- Ambientes de alto r iesgo de electrocu ción Particularmente para la soldadura eléctrica existe el peligro de electrocución en las condiciones siguientes: -

En espacios confinados con suelo y paredes metálicos.

-

En condiciones de contacto directo con las partes partes metálicas metálicas conductoras de corriente.

-

En condiciones condiciones donde hay incom incomodidad odidad y poca libe libertad rtad de movimiento movimiento so sobre bre las partes partes conductoras.

-

En ambientes húmedos y/o calientes.

Los riesgos derivados de las instalaciones eléctricas son conocidos en el sector industrial y doméstico. Es importante recordar que los conductores de corriente eléctrica son más peligrosos cuanto más alta sea la diferencia de potencial (tensión) entre dos conductores o entre un conductor y el suelo. Las instalaciones eléctricas deberán estar siempre correctamente aisladas, para evitar el contacto con los conductores de energía eléctrica. Especialmente en ambientes húmedos hay mayor posibilidad de electrocución, porque la humedad favorece la conductividad eléctrica por las prendas y el suelo húmedo. El peligro de electrocución es el más importante a tener en cuenta en la manipulación de las instalaciones eléctricas. El paso de la corriente por el cuerpo afecta en primera instancia al sistema nervioso, dependiendo de la intensidad y de la diferencia de potencial, el contacto con los conductores de energía eléctrica puede causar quemaduras, heridas y hasta la muerte. Los casos más graves se han registrado en las instalaciones de alta y mediana tensión, con cuerpos parcial o totalmente carbonizados. El exceso de confianza o la falta de coordinación y de precauciones conlleva situaciones de alto riesgo. Otro peligro de la corriente eléctrica es la posibilidad de producir chispas e incluso arco entre los conductores que entren en cortocircuito, con lo que se puede iniciar un incendio. Se han registrado muchos incendios en viviendas y en naves industriales causados por cortocircuitos de instalaciones eléctricas. En la mayoría de los casos el origen fue el sobrecalentamiento de los cables, ya sea por exceso de carga de consumo o por cables de poca sección, o por tratarse de cables con el aislamiento deteriorado. Las conexiones de borneras deberán ajustarse y aislarse adecuadamente. Es común que la corriente de la red al inicio del funcionamiento de un motor de gran potencia tenga un pico de consumo muy alto, en esta fracción de segundo el flujo de corriente es muy alto y los electrones se concentran en las partes agudas de los cables o de los tornillos, pueden formar un arco entre dos conductores muy cercanos llegando a estropear algunos dispositivos de control electrónico. Otro riesgo muy común en las naves industriales es la conexión de equipos a tensiones de alimentación no adecuadas. Cuando la tensión de la red es menor de la que necesita el equipo, este no podrá funcionar. Pero el verdadero peligro está en el caso de que la tensión de la red sea mayor, porque los circuitos del equipo se quemarían. Los casos más comunes de quemado por exceso de tensión se presentan en los transformadores y en los motores. Los equipos trifásicos tienen los circuitos de los devanados para conexión en triángulo, doble triángulo, estrella o doble estrella, para diferentes tensiones de alimentación. Al momento del traslado de una nave a otra o a los lugares de montaje, es importante observar las conexiones


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de instalación para proteger al equipo. Evitando que los cambios de instalación sean realizados por personal no autorizado. Un riesgo importante a tener en cuenta para las personas que usan marcapasos, u otros dispositivos es que los equipos y artefactos con fuerte inductancia pueden afectar a estos dispositivos, estas personas deberán mantenerse alejadas de los grandes transformadores, de las fuentes de energía para el soldeo y de motores eléctricos.

12.- PREVENCIÓN DE RIESGOS 12.1.- Responsabilidades del personal Deberá reglamentarse que toda tarea de cambio de conexiones, cambio de cables de conexiones y manipulación de los tableros eléctricos, sea realizada solamente por personal especializado y autorizado. Los soldadores u otras personas que no tenga la cualificación del personal especializado en las instalaciones eléctricas y domiciliarias no deben cambiar las conexiones de los enchufes ni de las tomas de corriente porque no están autorizados para realizar estos trabajos, siendo ésta una labor exclusiva de los electricistas. Una persona no autorizada puede cometer el error de conectar una línea de conducción con la línea a tierra de la máquina o equipo.

12.2.12.2.- Inst Inst alación de línea a tierra Para evitar una descarga eléctrica en toda máquina o equipo eléctrico cuando el usuario cierra el circuito con la tierra al tocar las partes metálicas de los equipos, deberá conectarse la línea a tierra en toda instalación industrial y doméstica. De este modo, la corriente pasará con mayor facilidad al cable de tierra que por el cuerpo de una persona. También las mesas de corte plasma deberán conectarse a tierra, para prevenir el riesgo de electrocución, pues la tensión en vacío de estas fuente de energía suele ser mayor a 100V. Deberá evitarse que las línea a tierra esté formando parte del circuito de soldeo, evitando que las pistolas y los porta electrodos sean colocados sobre las carcasas de los equipos. Cuando las mesas de trabajo estén conectadas a tierra, es importante observar que la corriente de soldeo circule por el circuito de los cables de soldar, accidentalmente la corriente de soldeo puede cerrar el circuito con la línea a tierra entre la fuente de energía y la mesa de trabajo. Las figuras 35 a 37 ilustran tres ejemplos de paso de “corrientes vagabundas de soldeo” por la línea de tierra.


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FIGURA 35 CORRIENTE VAGABUNDA DE SOLDEO QUE PASA POR LA LÍNEA DE TIERRA ENTRE DOS HERRAMIENTAS ELÉCTRICAS (POR EJEMPLO ELECTROIMANES ) CUANDO POR ERROR SE CONECTA EL CABLE DE MASA A LA CHAPA DE LA HERRAMIENTA 1 Y SE HACE ARCO EN LA CHAPA QUE ESTÁ EN CONTACTO CON LA HERRAMIENTA 2

FIGURA 36 L A CORRIENTE VAGABUNDA DE SOL DEO CIRCULA POR L A LÍNEA DE TIERRA AL CERRAR EL CIRCUITO DEL PORTAEL ECTRODO CON LA CARCASA DE LA FUENTE DE ENERGÍA Y LA CONEXIÓN A MASA CONECTADA A LA HERRAMIENTA ELÉCTRICA .


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FIGURA 37 L A CORRIENTE VAGABUNDA DE SOL DEO CIRCULA POR L A LÍNEA DE TIERRA A TRAVÉS DE L OS ANCLAJ ES O LAS CONEXIONES DE PROTECCIÓN DE LA MESA DE SOLDEO Y DE LA FUENTE DE ENERGÍA

12.3 12.3..- Protección contr a peligros de la corriente eléctrica eléctrica en fuentes de energía energía Toda fuente de energía tiene tres partes que requieren especial atención, estas son: 1. Conexión o instalación a la red. 2. Cuerpo de la fuente de energía, transformador y base metálica. 3. Conexiones Conexiones de salida, cables de soldar y accesorios. accesorios. Es recomendable asignar las responsabilidades de mantenimiento, reparación o cambio de alguna instalación eléctrica a personal especializado y autorizado. Los soldadores deberán encargarse solamente del mantenimiento de rutina de sus propios equipos como por ejemplo: - Limpieza externa de los equipos y fuentes de energía. - Mantenimiento y limpieza de los accesorios y de los cables de soldeo. - Cambio de toberas, cambio boquillas de contacto, y de la sirga del alambre en las pistolas. - Conexión correcta del cable a masa. La reparación y cambio de repuestos internos de las fuentes de energía debe ser realizada únicamente por expertos en la materia o por representantes de la marca de la fuente de energía.


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12.4.12.4.- Tensió Tensión n en v acío La tensión en vacío de las fuentes de energía para el soldeo es uno de los datos del fabricante que muy pocas veces se tiene en cuenta al seleccionar un equipo. La figura 38 ilustra el peligro de electrocución con la tensión en vacío. La tensión en vacío es de alto riesgo en ambientes húmedos, calientes o de poca libertad de movimiento sobre las partes conductoras.

FIGURA 38 DOS CASOS DE CERRAR EL CIRCUITO DE SOLDEO , POR CONTACTO CON LA CHAPA AL NO UTILIZAR ZAPATOS DE SEGURIDAD CON SUELE AISLANTE , Y AL TOCAR LAS PARTES METÁLICAS SIN GUANTES

Cuando los trabajos de soldeo se deban realizar en lugares de alto riesgo de electrocución, como fondos de tanques, industria naval, etc, las fuentes de energía deberán ser de una tensión en vacío permisible, de acuerdo al siguiente cuadro. Valores máximos permisibles para la tensión en vacío. En transformadores de soldar (C.A.): Para soldar en ambientes sin alto riesgo de electrocución

70 V.

Para soldar en ambientes con alto riesgo de electrocución

42-50 V.

En rectificadores de soldar (C.C.): Para soldar en ambientes sin alto riesgo de electrocución

100V.

(valor efectivo 80 V.) Para soldar en ambientes con alto riesgo de electrocución

100V.

(Debe llevar un símbolo característico de seguridad, en Europa es una letra "K" o una letra "S").


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En convertidores de soldar (C.C.): Para soldar en ambientes sin alto riesgo de electrocución

100V.

Para soldar en ambientes con alto riesgo de electrocución

100V.

(No lleva símbolo característico.)


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Principios Basicos de Elctricidad y Electrotecnia

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