INVESTIGACION 1

LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)

Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.

Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad se mantiene siempre fija.   La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa. Veamos un ejemplo práctico que ayudará a comprender mejor el concepto de corriente alterna:

Corriente alterna pulsante de un ciclo por segundo o hertz (Hz) .   Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundo. En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt. Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo por segundo o hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos por segundo o hertz (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene. Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal. En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas. Corriente alterna frente a continua La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. En el caso de la corriente continua la elevación de la tensión se logra conectando dínamos en serie, lo cual no es muy práctico, al contrario en corriente alterna se cuenta con un dispositivo: el transformador, que permite elevar la tensión de una forma eficiente. La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por causa del efecto Joule y otros efectos asociados al paso de corriente tales como la histéresis o las corrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.  Las matemáticas y la CA senoidal Algunos tipos de ondas periódicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresión matemática, por lo que no se puede operar analíticamente con ellas. Por el contrario, la onda senoidal no tiene esta indeterminación matemática y presenta las siguientes ventajas: La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna. Las ondas periódicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos. Esto es una aplicación directa de las series de Fourier. Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energía eléctrica. Su transformación en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilización de transformadores.  CORRIENTE DIRECTA o CONTINUA   La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.   Fuentes suministradoras de corriente directa o continua. A la izquierda, una batería de las comúnmente utilizada en los coches y todo tipo de vehículo motorizado. A la derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que en aparatos y dispositivos eléctricos y electrónicos. Es importante conocer que ni las baterías, ni los generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléctricas pues, de hecho, todos los elementos conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma de corriente eléctrica es necesario ponerlas en movimiento.   El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser  impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado. Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el líquido contenido en una tubería, la función de la tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales y reciben el nombre de “conductores

CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA... Continuación

Como se habrá podido comprender, sin una tensión o voltaje ejerciendo presión sobre las cargas eléctricas no puede haber flujo de corriente eléctrica. Por esa íntima relación que existe entre el voltaje y la corriente generalmente en los gráficos de corriente directa, lo que se representa por medio de los ejes de coordenadas es el valor de la tensión o voltaje que suministra la fuente de FEM.

Circuito eléctrico compuesto por una pila o fuente de suministro de FEM; una bombilla, carga o<. consumidor conectada al circuito  y  los  correspondientes  conductores  o  cables  por  donde  fluye  la.< corriente eléctrica. A la derecha aparece la representación gráfica del suministro de 1,5 volt de la pila< (eje. de coordenadas "y") y el tiempo que permanece  la pila suministrando corriente a la bombilla.< (representado por el eje de coordenadas "x").

La coordenada horizontal “x” representa el tiempo que la corriente se mantiene fluyendo por circuito eléctrico y la coordenada vertical “y” corresponde al valor de la tensión o voltaje que suministra la fuente de fem (en este caso una pila) y se aplica circuito. La representación gráfica del voltaje estará dada entonces por una línea recta horizontal continua, siempre que el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante durante todo el tiempo.

Normalmente cuando una pila se encuentra completamente cargada suministra una FEM, tensión o voltaje de 1,5 volt. Si representamos gráficamente el valor de esa tensión o voltaje durante el tiempo que la corriente se mantiene fluyendo por el circuito cerrado, obtenemos una línea recta. Si después hacemos girar la pila invirtiendo su posición y representamos de nuevo el valor de la tensión o voltaje, el resultado sería el mismo, porque en ambos casos la corriente que suministra la fuente de FEM sigue siendo directa o continua. Lo único que ha cambiado es el sentido del flujo de corriente en el circuito, provocado por el cambio de posición de la pila, aunque en ambos casos el sentido de circulación de la corriente seguirá siendo siempre del polo negativo al positivo

 

Qué es una tierra física?

Una tierra física se define como un sistema de conexión formado por electrodos y líneas de tierra de una instalación eléctrica.
Generalmente el término es usado para hacer referencia a una red o conexión de seguridad que debe instalarse en los centros de trabajo o en cualquier lugar donde se tenga equipo eléctrico o electrónico, ya que de improviso surgen descargas ya sean por fenómenos naturales como los rayos o artificiales como sobre cargas, interferencias o incluso errores humanos, es por eso que una instalación de puesta a tierra tiene como función forzar  o drenar al terreno las intensidades de corriente nocivas que se puedan originar.
En pocas palabras consiste en la conexión de equipos eléctricos u electrónicos a tierra, esto es pasando por el cable hasta llegar al terreno donde se encuentra una pieza de metal llamada electrodo en donde se hace la conexión mediante la cual circula la corriente no deseada o las descargas eléctrica evitando que se dañen aparatos, maquinaria o personas.
Las tierras físicas tienen una importancia vital para proteger el equipo eléctrico y electrónico y se hace mediante una conexión que permiten dar seguridad patrimonial y humana, ya que de improvisto pueden surgir descargas, sobrecargas o interferencias que dañan severamente el equipo.
Su principal función es forzar o drenar al terreno las intensidades de corriente que se puedan originar por cortocircuito, por inducción o por alguna descarga atmosférica.

Instalación de Tierra física

La instalación a Tierra física se realiza en el terreno inmediato donde se hizo la instalación del equipo con la finalidad de que al originarse las descargas ya mencionadas, estas sean confinadas en forma de ondas para que se dispersen en el terreno subyacente y la carga que fluye hacia la tierra física se disipe.
Una instalación de tierra física idealmente interconecta las redes eléctricas, la estructura metálica del edificio, las tuberías metálicas y pararrayos.
El tipo de instalación dependerá del tipo de terreno y el uso de energía de cada lugar.

El tercer cable de tierras físicas

El concepto de tierra física se aplica concretamente a un tercer cable o alambre conductor que va conectado a la tierra o al suelo, éste se conecta en el tercer conector de los tomacorrientes a los que se le llama polarizados. En si, una tierra física es todo un conjunto de elementos necesarios para una adecuada instalación.
La tierra física protegerá a todo el equipo conectado a un tomacorriente de cualquier sobrecarga que se pudiera originar y así mismo brindará seguridad y tranquilidad a los habitantes de la casa.
Es importante mencionar al hablar de tierras físicas que sobre todo se busca el máximo aprovechamiento de la potencia de entrada a los aparatos y equipos, así como la compatibilidad y acoplamiento efectivo entre las fuentes de energía y las cargas eléctricas ya que es común encontrar.

Clavija Sin tierra física

Clavija Con tercer cable cortado irresponsablemente

Clavija con tierra física, correctamente aterrizada

Ventajas del sistema de puesta a tierra

Al implementar el sistema de tierras físicas se tiene la gran ventaja de mejorar el funcionamiento de los equipos eléctricos, electrónicos y todo lo relacionado con las instalaciones eléctricas, además se protegen zonas de alto riesgo o zonas con manejo de alto voltaje como edificios públicos o privados como hospitales, hoteles, cines, donde hay personas que pudieran resultar lesionadas sin el sistema de tierra física.
Así mismo, al proteger el equipo electromecánico, maquinaria-herramientas, motores y controles, se obtiene un incremento en la seguridad del centro de trabajo, ahorro de energía, mayor calidad y tiempo de vida en los aparatos, atenuación del ruido disminución de calentamiento en motores y cables, disminución en fallas y descomposturas del equipo.
Los objetivos que persigue un sistema de puesta a tierra son muchos, en especial el de brindar seguridad a las personas, proteger las instalaciones, los equipos, maquinarias, facilitar y garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección, asegurar ventajas en los centros de trabajo y la vida de los equipos, establecer la permanencia de un potencial de referencia al estabilizar la tensión eléctrica a tierra bajo las condiciones normales de la operación.

Beneficios de la tierra física

Existen muchos entre los que destacan el incremento en la seguridad en los centros de trabajo, además de que disminuye el calentamiento en los  motores y cables, también se incrementa el tiempo de vida en los equipos y aparatos y disminuye el consumo en la energía eléctrica.
Además mejora considerablemente la calidad del servicio, se disipa la corriente asociada a descargas atmosféricas y limita las sobre tensiones generadas.
Así mismo, al instalar un sistema de puesta a tierra o tierra física se evita que las descargas atmosféricas (rayos) caigan en lugares indeseados y puedan causar accidentes, así que mediante un sistema de pararrayos conectado directo a tierra se proporciona un camino para guiar al rayo y evitar que caiga en un lugar indeseado.

Sistemas de tierra física

No todas los sistemas de puesta a tierra gozan de buena calidad y su durabilidad es escaza, otros tienen un rendimiento mínimo y hay que darles mantenimiento constantemente. En fin, existen algunos factores que deben considerarse al momento de adquirir un sistema de tierra fisca o pararrayos.

Por ejemplo, un sistema tradicional de puesta a tierra como los electrodos de varilla (varilla copperweld) presentan condiciones desfavorables para su desempeño como variables no controlables entre las que destacan la humedad, la temperatura del ambiente o el terreno, la época del año, etcétera, además su método de instalación y operación así como los materiales de construcción tienen un tiempo de vida corto y al ser un sistema bidireccional logra disipar corrientes de falla pero a la vez recibe impulsos electromagnéticos del subsuelo.
Por ello, un buen sistema debe tener amplia garantía y asegurar beneficios significativos.

¿Qué es un electrodo?

Entre los elementos que se deben usar para la instalación del sistema de tierra física destaca el electrodo, que por lo general es una pieza de metal, cobre la mayoría de las veces que debe ser resistente a la corrosión por las sales de la tierra, esta pieza va enterrada a la tierra a una profundidad variable para servir como el elemento que tendrá como función disipar la corriente a tierra en caso de alguna sobrecarga o falla de la instalación o incluso un rayo.

Tipos de electrodo para tierra física

Para poder realizar una instalación de puesta a tierra es indispensable contar con un electrodo, aun que no los recomendamos todos es necesario hacer referencia a ellos ya existen diversos tipos, a continuación la descripción de los más comunes.

Sistemas convencionales de tierra física

• Varilla: este tipo de electrodo se forma por un perfil de acero galvanizado puede tener forma de cruz, t o ángulo recto.
• Rehilete: se forma de dos placas de cobre cruzadas, las cuales van soldadas. Es usado en terrenos donde es difícil excavar, ya que tiene un área mayor de contacto.
• Placa: Se usa en terrenos con alta resistividad ya que tiene una gran área de contacto. Debe tener un área de por lo menos 2000cm cuadrados y un espesor aprox. de 6.4mm en materiales ferrosos y  1.52mm en materiales no ferrosos.
• Electrodo en estrella: se utilizan en el campo porque por la longitud del cable se obtiene un valor de resistencia menor.
• Malla: se forma armando una red de conductores de cobre desnudos y se mejora con algunos electrodos.
• Electrodo de anillos: es un espiral de cable de cobre desnudo.
• Placa estrellada: placa con varias puntas en sus contornos, su ventaja principal es que ayuda a disipar la enría a través de sus puntas.
• Electrodo de varilla de hierro o acero: estas varillas deben tener por lo menos 16mm de diámetro.
• Electrodo de tubo metálico: es de acero o hierro y tiene que tener una cubierta de otro metal para que lo proteja de la corrosión, la tubería debe estar enterrada por lo menos 3 metros.
• Electrodo de aluminio: el aluminio se corroe al estar en tierra por lo que no son permitidos y menos recomendados.
• Electrodo empotrado en concreto: se debe encontrar en una cimentación enterrada y con una longitud de por lo menos 6m.
• Electrodo horizontal: es un conductor de cobre desnudo enterrado en forma horizontal, la forma más utilizada es la línea recta, sin embargo su excavación es costosa.
• Electrodo profundo: se utiliza en terrenos donde hay mucha roca y se realiza una perforación profunda hasta las capas húmedas de la tierra porque la humedad aumenta la conductividad.
• Electrodo químico: se le agrega alguna sustancia química al electrodo para aumentar la conductividad.

Sistema estructural de tierra física

• El sistema estructural de tierra física fue ideado para sobrepasar la problemática de las tierras físicas convencionales.

Importancia de la selección de sistema de tierra física

Es importante saber que un sistema de tierra física debe llevar electrodo para crear la conexión, sin embargo no todos los sistemas aseguran buena calidad, algunos tienen poca durabilidad, otros presentan desventajas importantes en el desempeño o incluso salen costosos porque constantemente requieren de mantenimiento.
Ante la constante problemática de los sistemas convencionales de aterrizaje surge la necesidad de un sistema que funcione bien en a pesar de diversas situaciones.
Por ello MASS@TIERRA presenta un sistema estructural diseñado con tecnología de primer nivel que   garantiza el buen funcionamiento y además está por encima de las tierras físicas convencionales, ya que es un sistema de gran calidad por su rendimiento, desempeño y durabilidad, por lo que con el sistema de tierra física MASS@TIERRA se hace más eficiente el uso de energía drenando en tierra la energía eléctrica nociva

Fusible

En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos

El fusible eléctrico, denominado inicialmente como aparato de energia y de protección contra sobrecarga de corriente electrica por fusión, es el dispositivo más antiguo de protección contra posibles fallos en circuitos eléctricos, apareciendo las primeras citas bibliográficas en el año 1774, momento en el que se lo empleaba para proteger a condensadores de daños frente a corrientes de descarga de valor excesivo. Durante la década de 1880 es cuando se reconoce su potencial como dispositivo protector de los sistemas eléctricos, que estaban recién comenzando a difundirse. Desde ese momento, hasta la actualidad, los numerosos desarrollos y la aparición de nuevos diseños de fusibles han avanzado al paso de la tecnología, y es que, a pesar de su aparente simplicidad, este dispositivo posee en la actualidad un muy elevado nivel tecnológico, tanto en lo que se refiere a los materiales usados como a las metodologías de fabricación. El fusible coexiste con otros dispositivos protectores, dentro de un marco de cambios tecnológicos muy acelerados que lo hacen aparecer como pasado de moda u obsoleto, lo que no es así.

Este concepto se entiende con mayor facilidad cuando se describe el campo de aplicación actual, cuyos parámetros nominales poseen rangos muy amplios. Las tensiones de trabajo van desde unos pocos voltios hasta 132 kV; las corrientes nominales, desde unos pocos mA hasta 6 kA y las capacidades de ruptura alcanzan en algunos casos los 200 kA.

La producción anual de fusibles supera los 30 millones de unidades, mientras que en la Argentina se utilizan aproximadamente 300.000 unidades anuales. Una industria de tamaño medio puede tener instalados algunos centenares de fusibles y en un automóvil moderno pueden encontrarse en uso entre 40 y 60 fusibles. La mayoría de los equipos electrónicos poseen al menos un fusible. Sus tamaños pueden ser tan pequeños como la cabeza de un fósforo de madera, y en el otro extremo, o sea para aplicaciones de alta tensión y con alta potencia de corto circuito, se encuentran fusibles cuyo peso ronda los 20 Kilogramos

El fusible fue el primer dispositivo de protección usado en los sistemas eléctricos desde hace más de 240 años, cuyo desarrollo puede dividirse para su estudio en siete etapas. La historia de los fusibles y la primera etapa de su desarrollo comienza en el año 1774, momento en el cual se publican los resultados de la extensa investigación llevada a cabo por Narne. Estos experimentos consistían en el estudio del efecto de la electricidad sobre las plantas, animales y voluntarios humanos, para lo cual se producían corrientes elevadas mediante descargas de capacitores (botellas de vidrio recubiertas internamente y externamente con placas metálicas), protegiendo a los elementos con un conductor de baja sección. Posteriormente, fueron apareciendo artículos describiendo muchos experimentos y explicando algunas aplicaciones extremadamentes simples, como por ejemplo: la protección de sistemas telegráficos, llegaron a la década de 1880.

Debe recordarse que en esos momentos se trabajaba solamente en corriente contínua, por lo que además de la fusión debía producirse la rápida separación de los electrodos a fin de apagar el arco eléctrico. Los primeros diseños de fusibles eran de tipo abierto, por lo que el elemento conductor, cuando fundía era expulsado en forma de gotas, con mayor o menos violencia según la energía de corriente que lo fundía. El riesgo de incendio y de daño personal era muy elevado, con lo que se comenzó a introducir al elemento fusible en tubos de vidrios con ambos extremos abiertos, disminuyendo los riesgos citados, sin anularlos totalmente.Este tipo de fusible, o sea no se podían tapar los extremos del tubo, ya que el resultado cuando operaba en corrientes altas, era su explosión

 

Los fusibles son pequeños dispositivos que permiten el paso constante de la corriente eléctrica hasta que ésta supera el valor máximo permitido. Cuando aquello sucede, entonces el fusible, inmediatamente, cortará el paso de la corriente eléctrica a fin de evitar algún tipo de accidente, protegiendo los aparatos eléctricos de "quemarse" o estropearse..

El mecanismo que posee el fusible para cortar el paso de la electricidad consta básicamente en que, una vez superado el valor establecido de corriente permitido, el dispositivo se derrite, abriendo el circuito, lo que permite el corte de la electricidad. De no existir este mecanismo, o debido a su mal funcionamiento, el sistema se recalentaría a tal grado que podría causar, incluso, un incendio.

Por lo general, los fusibles están instalados entre la fuente de alimentación eléctrica y el circuito que se quiere electrificar, y consta de un hilo que, a medida que la corriente eléctrica pasa, se calienta. Por lo tanto, cuando uno de estos dispositivos se quema, entonces significa que alguna parte del aparato ha consumido más electricidad de la necesaria, siendo necesaria una revisión completa de éste y una reposición del fusible quemado por uno de las mismas características.

Existen varios tipos de fusibles, sin embargo, entre los que se utilizan con mayor frecuencia encontramos a los denominados “desnudos”. Este tipo de fusible se caracteriza por estar conformado por un hilo metálico, el que generalmente es de plomo, que, como ya se había mencionado, se derrite por efecto del calor causado por el paso de la corriente eléctrica. Por otra parte, encontramos el fusible “Encapsulado de vidrio”, aquel que es frecuentemente utilizado en aparatos electrónicos. En tercer lugar, el “Tapón enroscable” es un tipo de fusible conformado por un cilindro de porcelana, o algún material similar, que cuenta con una camisa enroscable que tiene por función permitir la conexión con el circuito eléctrico. De este modo, el fusible queda instalado en el interior del equipo, sujeto por tornillos y cubierto por una tapa roscada. Por último, el fusible denominado “cartucho” es aquel que se caracteriza por estar fabricado en base a un material aislante. Sobre esta base aislante se ponen unos soportes metálicos que sirven para meter el cartucho a presión.