Curso de Electricidad Básica

¿Qué es la Electricidad?

La electricidad es un conjunto de fenómenos físicos que se producen cuando existe un movimiento de los electrones de los átomos que forman cualquier tipo de materia.

Los fenómenos físicos que produce pueden ser luz (bombilla), calor (radiador eléctrico), movimiento (motores), etc.

 

El movimiento de electrones es lo que se conoce como "corriente eléctrica".

Por lo que podemos decir que la electricidad son los fenómenos que se producen por el paso de la corriente eléctrica.

Estructura de la materia. 

La materia puede definirse como cualquier cuerpo que ocupa un lugar en el espacio y tiene peso. Por ejemplo la madera, el aire, el agua, etc. Toda materia está compuesta de moléculas formadas por combinaciones de átomos, los cuales son partículas muy pequeñas. Los principales elementos que forman al átomo son el electrón, el protón, el neutrón y el núcleo.

¿Cuál es el origen de la electricidad? 

Los electrones giran alrededor del núcleo debido al equilibrio de dos fuerzas: la fuerza propia del electrón que lo mantiene siempre en movimiento y la fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre el electrón. Los electrones que se encuentran en la órbita más lejana del núcleo pueden salirse de sus órbitas, aplicándoles alguna fuerza externa como un campo magnético o una reacción química. A este tipo de electrones se les conoce como electrones libres. El movimiento de electrones libres de un átomo a otro origina lo que se conoce como corriente de electrones, o lo que también se denomina corriente eléctrica. Ésta es la base de la electricidad.

Electricidad Estática y Dinámica.

Los electrones son negativos y se ven atraídos por cargas positivas. Siempre habrá atracción desde una fuente en donde haya exceso de electrones hacia una fuente que tenga deficiencia de electrones, la cual tiene una carga positiva. Para que un material pueda estar eléctricamente cargado, debe tener más electrones que protones, o viceversa. 

Tipos de Energía 

Para producir electricidad se debe utilizar alguna forma de energía que ponga en movimiento a los electrones. Se pueden emplear seis formas de energía:

Magnetismo

En tiempos antiguos los griegos descubrieron cierta clase de piedra, cerca de la ciudad de Magnesia en Asia Menor, que tenía la propiedad de atraer y recoger trozos de hierro. La piedra que descubrieron era en realidad un tipo de material llamado “magnetita”, cuya propiedad de atracción se denominó “magnetismo”. Las rocas que contienen este poder de atracción se denominan imanes naturales.

Los circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos unidos entre sí que hacen llegar la electricidad desde una fuente de energía hasta un receptor, por medio de cables conductores eléctricos y mecanismos de actuación

Estos son los diferentes componentes que forman parte de un circuito eléctrico 

1º La fuente de energía puede provenir de una instalación eléctrica, generadores, alternadores, dinamos, pilas, baterías u otras fuentes de energía 

2º El cableado y los elementos de seguridad de la instalación: Cables de diferentes colores, Icp, diferenciales, magnetotérmicos y fusibles. Es por donde circula la electricidad y es cortada por motivos de seguridad. Ésta es la que hace funcionar motores, televisores, bombillas, electrodomésticos, etc.

Cuando decimos corriente eléctrica estamos hablando de un movimiento de electrones, es decir, un circuito debe dejar pasar los electrones por las piezas que lo componen. Podríamos ponernos a explicar el funcionamiento de los fundamentos de la corriente eléctrica pero vamos a centrarnos en los circuitos eléctricos.

En caso de que el circuito sea cerrado los electrones pasaran por el circuito, en un momento dado podemos despiezar el circuito para parar el paso de la corriente con la ayuda de un interruptor.

Las partes que forman un circuito eléctrico son: Generador, receptor, fusible, interruptor y cable conductor.

El generador se encarga de producir y mantener la corriente eléctrica por todo el circuito, digamos que son los que proporcionan la energía al circuito. El tipo de corriente la diferenciamos en dos tipos: Alterna y continua.

Un ejemplo de corriente continua serian las baterías y las pilas, por otro lado, estarían los alternadores que como bien su nombre indica estaría en el campo de la corriente alterna.

Hablemos ahora de los conductores, por este elemento es por donde fluye la corriente eléctrica entre elementos del circuito. Los materiales de los que están hechos son: cobre o aluminio. Estos son materiales conductores de la electricidad. Hay cables de muchas formas y grosores distintos, tendremos que seleccionar el más adecuado para nuestro circuito.

Los receptores: Son los que convierten la corriente eléctrica en otra energía distinta. Un claro ejemplo sería las bombillas que tenemos en casa, convierten la energía eléctrica o luz, motores, radiadores etc

Elementos de control: Permiten conducir el paso de la corriente eléctrica dentro del circuito. Aquí entrarían los pulsadores, interruptores etc.

Componentes de protección: Su función es asegurar los circuitos y personas cuando hay dificultad o la corriente es muy alta y puede haber peligro de que se quemen los componentes del circuito. Diferenciales, fusibles etc.

Estos son los elementos más comunes que se utilizan en los circuitos eléctricos: Cable conductor, interruptor, pila, batería, bombilla, amperímetro, voltímetro, condensador, resistencia, resistencia variable, elemento termoeléctrico, termistor o resistencia térmica, RDL (resistencia dependiente de la luz), diodo sentido permitido (convencional), inductancia, fuente de corriente alterna, motor, diodo emisor de luz, toma de tierra.

Tipos de circuitos eléctricos

Circuito de un solo receptor: El receptor transfiere a la misma carga que el generador, el receptor se expandirá a una intensidad de corriente idéntica a la del circuito total, la única resistencia del circuito en este caso será el receptor.

Los circuitos en serie: Los receptores se conectan el uno al otro.

Los circuitos en paralelo: En estos circuitos los receptores se conectan a todas las entradas. En los circuitos mixtos combinan: serie y paralelo.

Tipos de circuitos eléctricos: serie, paralelo, mixto y de corriente alterna.

Serie: En estos circuitos, los receptores se conectan uno a otro, el final del primero con el final del segundo sucesivamente.

Hay 3 tipos de de circuitos eléctricos en corriente alterna:

Resistivos: Constan de resistencias puras, también llamadas circuitos R.

Inductivos: Constan de bovinas puras. También llamadas L.

Capacitivos: Constan de condensadores puros, también denominados C.

Propiedades de los Circuitos en Serie

Esta clase de circuitos tiene la propiedad de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la misma, y es idéntica a la total del circuito. It= I1 = I2.

La resistencia final del circuito es el sumatorio de todas las resistencias de los destinatarios conectados en serie. Rt = R1 + R2.

La tensión final es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los destinatarios conectados en serie. Vt = V1 + V2.

Podemos enchufar 2, 3 o los recibidores que queramos en serie.

Si quitamos la conexión de un receptor, todos los demás recibidores en serie con el, dejaran de funcionar (no puede pasar la corriente).

Circuitos en Paralelo

Son los circuitos en los que los recibidores de señal se conectan unidas todas las entradas de los receptores por un lado y por el otro todas las salidas.

Propiedades de los Circuitos en Paralelo

Las tensiones de todos los recibidores son idénticas al sumatorio de la tensión total de la pista. Vt = V1 = V2.

El sumatorio de cada intensidad que atraviesa cada recibidor es la intensidad del sumatorio de todo el circuito. It = I1 + I2.

La resistencia final de la pista se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:

Rt = 1/(1/R1+1/R2)

Los recibidores enchufados en paralelo quedarán produciendo a la misma corriente que tenga el generador.

Si quitamos un recibidor del circuito los otros seguirán trabajando.

Circuitos Mixtos

Son aquellas pistas eléctricas que combinan los circuitos en serie y los circuitos paralelo. Estos circuitos tendrán siempre 2 o mas receptores, ya que si tuvieran 2 estarían en serie o en paralelo.

Los circuitos eléctricos con corriente eléctrica alterna se calculan y analizan de distinta manera que los de c.c. aunque seguimos obteniendo las conexiones de receptores en serie, paralelo o mixtos, además de alguna más que veremos. Aquí solo veremos los tipos de circuitos en corriente alterna, pero si lo que quieres es conocer en detallle y aprender a calcular los circuitos en corriente alterna.

En corriente alterna trifásica, al ser como mínimo 3 fases , en lugar de 2 conductores como en monofásica o corriente continua, los tipos de circuitos o conexiones pueden aumentarse. En estos casos tenemos, además de serie, paralelo y mixtos, las conexiones o circuitos en estrella, en triángulo.

Las instalaciones eléctricas

Instalaciones eléctricas en viviendas o electricidad domiciliaria. Son considerados todos los montajes eléctricos realizados en las casas (230 voltios) y que se encargan de distribuir la electricidad por toda la vivienda además de protegernos de ella

Cabe mencionar que anteriormente en España se utilizaba 120 voltios, pero este voltaje hoy en día está en desuso, todavía hay países que lo utilizan

 

Materiales conductores de electricidad

No todos los conductores transportan la electricidad por igual. Hay materiales que la transportan la electricidad mejor que otros. Son buenos conductores de la electricidad, los materiales metálicos como el cobre, el aluminio y la plata entre otros

Cabe mencionar que el agua también es un buen conductor, por este motivo debemos de tomarlas máximas precauciones para evitar el posible contacto entre el agua y la electricidad

Materiales aislantes de la electricidad

Son materiales aislantes los que por sus propiedades no son conductores de la corriente eléctrica y nos aíslan de ella. Materiales como la cerámica, el vidrio, la madera o el plástico son buenos aislantes

Las herramientas de trabajo de los electricistas están fabricadas de metal en la parte cortante o de actuación y con la parte de sujeción o manipulación con parte plástica para aislarlos de la electricidad y así pueden trabajar con ella de forma segura.

¿Qué es el material eléctrico?

Se le llama material eléctrico al material destinado para montar cualquier instalación eléctrica, este material además de transportar la electricidad nos aporta seguridad y protección en la instalación eléctrica, mejorando su eficiencia

Dentro del material eléctrico encontraremos diferentes tipos de colores de cables y secciones, cajas para conexiones y cajas de distribución, tubos rígidos y flexibles, diferentes tipos de mecanismos de superficie y empotrados (interruptores varios y enchufes), aparamenta industrial, dispositivos de conexión, luminarias varias (tubos fluorescentes, bombillas, Leds) y bases de tomas de corriente y clavijas domésticas e industriales

Herramientas de electricidad

En el mercado existen distintas herramientas como destornilladores de electricistas, destornillador buscapolos (este nos ayuda a encontrar la fase en corriente alterna), alicates, tijeras y pelacables entre otras herramientas todas ellas están fabricadas con material que nos aíslan de la electricidad

¿Cómo se mide la electricidad?

Encontraremos diversas herramientas para medir la electricidad, pero las más comunes son el polímetro multímetro o tester. Aprender como funciona un polimetro nos va a servir para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias eléctricas y otras capacidades

Y la pinza amperimétrica que mide la cantidad de electricidad que pasa por un conductor en un segundo se llama intensidad de la corriente y se mide en amperios (A)

Seguridad en las Instalaciones Eléctricas

ACCIDENTE DE TIPO ELÉCTRICO

Un accidente de tipo eléctrico es todo suceso eventual que deriva en un daño involuntario para las personas (lesión corporal, enfermedad, invalidez o muerte por electrocución), o para las cosas (daño o pérdida generalmente por incendios) a consecuencia del paso de una corriente eléctrica a través del cuerpo o el objeto.

En la mayoría de los casos, un accidente de tipo eléctrico es causado por:

1. Fallas en el sistema eléctrico debidas a una incorrecta instalación de los cables y/o a la sobrecarga de los circuitos (mala conceptualización y posterior construcción).
2. Defectos en los artefactos eléctricos (falta de mantenimiento).
3. Mal uso de los artefactos y/o equipos eléctricos (negligencia; falta de capacitación).

• Una instalación eléctrica en mal estado por envejecimiento y/o por falta de mantenimiento; ya que el paso del tiempo degrada los materiales de la instalación y por ello se incrementa el riesgo de que ocurra un cortocircuito, incendio y/o electrocución. Cualquier instalación eléctrica que supere los 20 años de antigüedad se convierte en peligrosa si no ha sido sometida a algún tipo de revisión; además, la falta de mantenimiento se aprecia cuando empiezan a aparecer ampliaciones improvisadas (extensiones por todas partes), reparaciones mal hechas, equipos y/o accesorios eléctricos desgastados que no se sustituyen, etc.

• No existen sistemas de protección. Un elevado número de instalaciones eléctricas carecen de las protecciones mínimas que indican las diferentes normas oficiales mexicanas. Los lineamientos que dictan dichas normas, además de garantizar un buen funcionamiento, brindan protección y seguridad a los usuarios. Algunos puntos de riesgo por falta de sistemas de protección son la inexistencia de recubrimiento en partes activas y en accesorios eléctricos, no hay señalización de zonas exclusivas para personal autorizado, la ausencia de interruptores y seccionadores, la omisión de un sistema de puesta a tierra, entre otros

• La instalación eléctrica es operada y/o reparada por personal no calificado. Los cambios realizados en una instalación eléctrica por personas que no tienen conocimientos adecuados son causa frecuente de accidentes eléctricos. La instalación sin registro ni control de ampliaciones o modificaciones pueden ocasionar desequilibrios y sobrecalentamientos en la red eléctrica que pueden agravarse hasta producir cortocircuitos o incendios. Además, se añaden posibles electrocuciones producidas por la manipulación de la instalación sin ninguna protección. 

Operación y mantenimiento

• Todo cambio o modificación en una instalación eléctrica debe estar documentado antes y después de realizarse. Previo al cambio, hay que analizar cargas para verificar que protecciones eléctricas y conductores sean adecuados aun con esa modificación. Posteriormente, verificar la ausencia de cables sin canalización y evitar circuitos que cierren a través del conductor de puesta a tierra (una de las peores prácticas que se dan en varias instalaciones). Además, se debe actualizar información de carga, intensidad de corriente y nuevos elementos de la instalación en planos, memoria, diagrama unifilar y tableros (identificación de circuitos). Un proyecto actualizado y documentado representa más de la mitad de la solución ante una eventualidad. 

• En un servicio de mantenimiento o paro no programado, es importante señalizar y bloquear los medios de desconexión para evitar accidentes. Imprescindible verificar la ausencia de potencial; sobre todo en sistemas en media tensión

• Los equipos de medición usados para operación y mantenimiento deben incluir medidas efectivas de seguridad contra elevadas corrientes de cortocircuito o un arco eléctrico. En esas categorías (CAT I, II III o IV), un número más alto se refiere a un entorno eléctrico de mayor energía disponible y transitorios más severos. Por lo tanto, un multímetro CAT III resiste transitorios de más energía que un aparato CAT II.

Pese a ser una forma de energía presente en casi cualquier actividad, un tema pendiente y que requiere urgentemente de mayor seguimiento es generar una mayor conciencia de los riesgos inherentes al uso de la energía eléctrica, incluyendo materiales para su transporte y equipos de utilización finales. Hay mucho por hacer en cuanto a una cultura de seguridad eléctrica en empresas, trabajadores y en la sociedad en general se refiere y los números, a fin de cuentas, no mienten en ese aspecto. Un análisis a fondo de todo lo que implica la seguridad de una instalación eléctrica desde la concepción, y pasando por su operación y mantenimiento, puede ser un camino por el cual se tome real conciencia de las bondades y los riesgos implícitos de esta forma de energía.