IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD
La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo actual. Sin ella no existiría la iluminación conveniente, ni comunicaciones de radio y televisión, ni servicios telefónicos, y las personas tendrían que prescindir de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir parte integral del hogar.
Además, sin la electricidad el transporte no sería lo que es en la actualidad. De hecho, puede decirse que la electricidad se usa en todas partes.
La electricidad es una manifestación de la materia, producida por el átomo y sus pequeñas partículas llamadas electrones y protones. Estas partículas son demasiado pequeñas para verlas, pero existen en todos los materiales.
El átomo está formado por tres tipos de partículas: electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones se localizan en el centro o núcleo del átomo y los electrones giran en órbita alrededor del núcleo.
El protón tiene carga positiva.
El electrón tiene carga negativa.
La carga de un electrón o un protón se llama electrostática. Las líneas de fuerza asociadas en cada partícula producen un campo electrostático. Debido a la forma en que interactúan estos campos, las partículas pueden atraerse o repelerse entre sí. La ley de las cargas eléctricas dice que las partículas que tienen cargas iguales se repelen y las que tienen cargas opuestas se atraen.
Un protón (+) atrae a un electrón (-)
Ley de cargas
Un protón (+) repele a otro protón (+)
Un electrón (-) repele a otro electrón (-)
Las propiedades de un átomo dependen del número de electrones y protones.
Si el número de protones es mayor al de electrones, tendrá una carga positiva. Si el número de protones es menor al de electrones tendrá una carga negativa. Los átomos cargados reciben el nombre de iones. Los átomos con igual número de protones y electrones son eléctricamente neutros.
Electricidad en el hogar
El uso de la electricidad en la vida moderna es imprescindible. Difícilmente una sociedad puede concebirse sin el uso de la electricidad.
La industria eléctrica, a través de la tecnología, ha puesto a la disposición de la sociedad el uso de artefactos eléctricos que facilitan las labores del hogar, haciendo la vida más placentera.
Las máquinas o artefactos eléctricos que nos proporcionan comodidad en el hogar, ahorro de tiempo y disminución en la cantidad de quehaceres, se denominan electrodomésticos.
Entre los electrodomésticos más utilizados en el hogar citaremos: cocina eléctrica, refrigerador, tostadora, microonda, licuadora, lavaplatos, secador de pelo, etc.
Existe también otro tipo de artefactos que nos proporcionan entretenimiento, diversión, y que son también herramientas de trabajo y fuentes de información como: el televisor, el equipo de sonido, los video juegos, las computadoras, etc.
Electricidad en la comunidad
La electricidad en la comunidad se manifiesta, entre otros, a través de: alumbrado público en plazas, parques, autopistas, túneles, carreteras, etc., con el fin de proporcionar seguridad y visibilidad a los peatones y mejor desenvolvimiento del tráfico automotor en horas nocturnas; los semáforos en la vía pública permiten regular y controlar el flujo de vehículos.
También en los medios de comunicación apreciamos la importancia de la electricidad, ya que el funcionamiento de la radio, televisión, cine, la emisión de la prensa, etc. depende en gran parte de este tipo de energía.
Desde que la electricidad fue descubierta, siempre estuvo al servicio de la medicina a través de los distintos instrumentos y máquinas usadas en esta área (equipos para radiaciones de cobalto, equipos de rayos X, equipos para tomografías, equipos para electrocardiogramas, etc.), y ha contribuido a numerosos avances en la ciencia e investigación.
Diversas herramientas y maquinarias que funcionan con electricidad son empleadas en nuestra comunidad para reparar o acondicionar nuestras urbanizaciones.
Electricidad en la industria
La necesidad de aumentar la producción de bienes a un mínimo costo obligó a reemplazar la mano de obra por maquinarias eficientes. Esto pudo llevarse a cabo en forma masiva a raíz del desarrollo de los motores eléctricos.
En una empresa de bebidas gaseosas podemos observar como las correas transportadoras llevan las botellas a las máquinas llenadoras tapadoras para ser llenadas y luego son transportadas para ser empacadas, estas máquinas necesitan energía eléctrica para su operación.
Para ver más, ir a Electricidad: Usos y conversión
Fuentes de energía en la naturaleza
En la naturaleza encontramos la electricidad atmosférica, manifestándose a través del rayo. Este fenómeno natural contiene gran carga eléctrica y al acercarse a la tierra se transforma en energía calórica y luminosa.
Energía hidroeléctrica.
Ya conocemos que las nubes están formadas por un número inmenso de pequeñas gotas de agua, que forman grandes masas suspendidas en el aire.
El roce de una nube con otra, o con los picos de las grandes montañas, puede hacer que éstas adquieran una carga eléctrica extraordinaria.
La nube cargada de electricidad puede ejercer sobre otras nubes, o sobre las porciones más elevadas del suelo, fenómenos de influencia, haciendo que la atracción entre cargas opuestas produzca una descarga violenta.
De este modo se produce el rayo, con la consiguiente manifestación de luminosidad, que es el relámpago, y el ruido producido por la rotura de las capas de aire que constituye el trueno.
En la naturaleza existen diversas fuentes de energía y para convertirlas en electricidad es necesario crear el sistema apropiado para cada fuente. Estas fuentes de energía son de dos tipos: No Renovables (petróleo, gas, carbón, uranio, plutonio, etc.) y Renovables (agua, luz solar, calor, viento, etc.)
SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA
La puesta a tierra corresponde al conjunto de electrodos y partes conductoras que en contacto con Tierra, permiten drenar hacia ésta, todas las corrientes de falla, peligrosas para la integridad de las Personas y de los equipos electrónicos.
La conexión a tierra eficaz conduce la electricidad indeseable hacia tierra alejando el peligro en forma segura.
FINALIDAD DE LAS PUESTAS A TIERRA
Obtener una resistencia eléctrica lo más baja posible para derivar a tierra Fenómenos Eléctricos Transitorios (FETs), corrientes de falla estática y parásita
• Mantener los potenciales producidos por las corrientes de falla dentro de los límites de seguridad de Modo que las tensiones de paso o de toque no sean peligrosas para los humanos
• Proporcionar un camino de derivación a tierra de descargas atmosféricas, transitorios y de sobre Tensiones internas del sistema.
• Ofrecer en todo momento y por un lapso prolongado baja resistencia eléctrica que permita el paso de las corrientes derivadas
CARACTERÍSTICAS GEOELÉCTRICAS DEL SUELO
Todo sistema de puesta a tierra, involucra el conjunto (electrodo –suelo), es decir la efectividad de toda puesta a tierra será la resultante de las características geo-eléctricas del terreno y de la
Configuración geométrica de los electrodos a tierra. Los suelos están compuestos principalmente, por oxido de silicio y óxido de aluminio que son muy buenos aislantes, sin embargo, la presencia de sales y agua contenidas en ellos mejora notablemente la conductividad de los mismos. Los factores que determinan la resistividad de los suelos son:
• La naturaleza de los suelos
• La humedad
• La concentración de sales disueltas
• La temperatura
CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
• Se ha considerado la instalación de un pozo ó pozos de puesta a tierra (para los equipos y para el pararrayos), para lograr la consistencia y seguridad necesaria para equipos de Cómputo y éste deberá ser instalado de acuerdo a los siguientes argumentos:
• Es necesario contemplar la construcción de pozos (o arreglos de pozos ) de tierra de electrodo vertical u horizontal con arreglo de electrodos auxiliares en forma de lazo sobre el electrodo principal (varilla de cobre) con la finalidad de soportar la totalidad de la red eléctrica para los equipos de cómputo de las instituciones educativas.
• El arreglo de pozos de tierra a construir en cada local deberá ser rellenado con tierra de cultivo previamente zarandeada en malla de 1/2 pulgada mezclada y tratada con dosis químicas del compuesto químico Thorgel, Laborgel ó similar. Los pozos deberán tener 3 metros de profundidad por 1 metro de diámetro. ( pozo vertical).
• Se debe dejar caja(s) de registro de 40 X 40 cm. con tapa(s) para inspección y mantenimiento.
Asimismo se debe considerar la elaboración de por lo menos 2 puntos de medición con sus respectivas tapas metálicas sobre piso de concreto
• La línea a tierra deberá ser llevada hasta el tablero eléctrico del laboratorio de cómputo con cable eléctrico 6 AWG color amarillo-verde, con el fin de efectuar posteriormente la distribución respectiva a los circuitos para finalmente llevar la línea a tierra hasta los tomacorrientes que se instalarán para las estaciones de trabajo.
• El valor óhmico del sistema de puesta a tierra debe ser menor a 8 ohmios.
• Debe existir un solo sistema de puesta a tierra.( 2 o más pozos interconectados con cable de cobre desnudo de 50 mm2
La puesta a tierra de instalaciones eléctricas está relacionada en primer lugar con la seguridad. El sistema de puesta a tierra se diseña normalmente para cumplir dos funciones de seguridad. La primera es establecer conexiones equipotenciales. Toda estructura metálica conductiva expuesta que puede ser tocada por una persona, se conecta a través de conductores de conexión eléctrica. La mayoría de los equipos eléctricos se aloja en el interior de cubiertas metálicas y si un conductor energizado llega a entrar en contacto con éstas, la cubierta también quedará temporalmente energizada. La conexión eléctrica es para asegurar que, si tal falla ocurriese, entonces el potencial sobre todas las estructuras metálicas conductivas expuestas sea virtualmente el mismo. En otras palabras, la conexión eléctrica iguala el potencial en el interior del local, de modo que las diferencias de potencial resultantes son mínimas. De este modo, se crea una “plataforma” equipotencial.
Si una persona está en contacto simultáneamente con dos piezas diferentes de una estructura metálica expuesta, el conductor de conexión eléctrica debiera garantizar que la persona no reciba un choque eléctrico, haciendo que la diferencia de potencial entre los equipos sea insuficiente para que esto ocurra. El mismo principio se aplica en el interior de grandes subestaciones eléctricas, industrias y casas. En industrias, la conexión eléctrica de estructuras metálicas expuestas garantizará normalmente que una falla eléctrica a la carcasa de la máquina no generará una diferencia de potencial entre ella y la estructura metálica puesta a tierra en una máquina adyacente. En la casa, la conexión eléctrica garantiza que si ocurriese una falla a la cubierta metálica de una máquina lavadora u otro electrodoméstico, cualquier persona que estuviese tocando en el momento de falla simultáneamente uno de estos equipos y el estanque metálico, no experimentaría un choque eléctrico.
La segunda función de un sistema de puesta a tierra es garantizar que, en el evento de una falla a tierra, toda corriente de falla que se origine, pueda retornar a la fuente de una forma controlada. Por una forma controlada se entiende que la trayectoria de retorno está predeterminada, de tal modo que no ocurra daño al equipo o lesión a las personas. La conexión a tierra no es de capacidad infinita e impedancia nula. Sin embargo, la impedancia del sistema de tierra debiera ser lo bastante baja de modo que pueda fluir suficiente corriente de falla a tierra para que operen correctamente los dispositivos de protección, los cuales a su vez provocarán la operación de interruptores o fusibles para
Interrumpir el flujo de corriente. El diseñador de la protección calcula normalmente el valor requerido de impedancia a través de programas de análisis de fallas y este valor debe comunicarse a los responsables del diseño del sistema de puesta a tierra. Además, la elevación de potencial que experimentará el sistema de puesta a tierra mientras ocurre la falla, debiera ser limitada a un valor pre-establecido.
Estas son las funciones que el sistema de puesta a tierra debe cumplir, pero se requiere que se adapten a una amplia variedad de problemas diferentes. El primero es una falla convencional, es decir, la aparición de un deterioro en un cable o la ruptura eléctrica de la aislación fase a tierra en una parte de un equipo. El equipo puede estar en una subestación, una industria o la casa. Llamamos a ésta una falla de “frecuencia industrial”, ya que la mayor parte de la energía disipada en la falla será a ésta frecuencia (50 Hz).
Todo sistema de puesta a tierra, involucra el conjunto (electrodo –suelo), es decir la efectividad de toda puesta a tierra será la resultante de las características geo-eléctricas del terreno y de la
Configuración geométrica de los electrodos a tierra. Los suelos están compuestos principalmente, por oxido de silicio y óxido de aluminio que son muy buenos aislantes, sin embargo, la presencia de sales y agua contenidas en ellos mejora notablemente la conductividad de los mismos. Los factores que determinan la resistividad de los suelos son:
• La naturaleza de los suelos
• La humedad
• La concentración de sales disueltas
• La temperatura
CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
• Se ha considerado la instalación de un pozo ó pozos de puesta a tierra (para los equipos y para el pararrayos), para lograr la consistencia y seguridad necesaria para equipos de Cómputo y éste deberá ser instalado de acuerdo a los siguientes argumentos:
• Es necesario contemplar la construcción de pozos (o arreglos de pozos ) de tierra de electrodo vertical u horizontal con arreglo de electrodos auxiliares en forma de lazo sobre el electrodo principal (varilla de cobre) con la finalidad de soportar la totalidad de la red eléctrica para los equipos de cómputo de las instituciones educativas.
• El arreglo de pozos de tierra a construir en cada local deberá ser rellenado con tierra de cultivo previamente zarandeada en malla de 1/2 pulgada mezclada y tratada con dosis químicas del compuesto químico Thorgel, Laborgel ó similar. Los pozos deberán tener 3 metros de profundidad por 1 metro de diámetro. ( pozo vertical).
• Se debe dejar caja(s) de registro de 40 X 40 cm. con tapa(s) para inspección y mantenimiento.
Asimismo se debe considerar la elaboración de por lo menos 2 puntos de medición con sus respectivas tapas metálicas sobre piso de concreto
• La línea a tierra deberá ser llevada hasta el tablero eléctrico del laboratorio de cómputo con cable eléctrico 6 AWG color amarillo-verde, con el fin de efectuar posteriormente la distribución respectiva a los circuitos para finalmente llevar la línea a tierra hasta los tomacorrientes que se instalarán para las estaciones de trabajo.
• El valor óhmico del sistema de puesta a tierra debe ser menor a 8 ohmios.
• Debe existir un solo sistema de puesta a tierra.( 2 o más pozos interconectados con cable de cobre desnudo de 50 mm2
La puesta a tierra de instalaciones eléctricas está relacionada en primer lugar con la seguridad. El sistema de puesta a tierra se diseña normalmente para cumplir dos funciones de seguridad. La primera es establecer conexiones equipotenciales. Toda estructura metálica conductiva expuesta que puede ser tocada por una persona, se conecta a través de conductores de conexión eléctrica. La mayoría de los equipos eléctricos se aloja en el interior de cubiertas metálicas y si un conductor energizado llega a entrar en contacto con éstas, la cubierta también quedará temporalmente energizada. La conexión eléctrica es para asegurar que, si tal falla ocurriese, entonces el potencial sobre todas las estructuras metálicas conductivas expuestas sea virtualmente el mismo. En otras palabras, la conexión eléctrica iguala el potencial en el interior del local, de modo que las diferencias de potencial resultantes son mínimas. De este modo, se crea una “plataforma” equipotencial.
Si una persona está en contacto simultáneamente con dos piezas diferentes de una estructura metálica expuesta, el conductor de conexión eléctrica debiera garantizar que la persona no reciba un choque eléctrico, haciendo que la diferencia de potencial entre los equipos sea insuficiente para que esto ocurra. El mismo principio se aplica en el interior de grandes subestaciones eléctricas, industrias y casas. En industrias, la conexión eléctrica de estructuras metálicas expuestas garantizará normalmente que una falla eléctrica a la carcasa de la máquina no generará una diferencia de potencial entre ella y la estructura metálica puesta a tierra en una máquina adyacente. En la casa, la conexión eléctrica garantiza que si ocurriese una falla a la cubierta metálica de una máquina lavadora u otro electrodoméstico, cualquier persona que estuviese tocando en el momento de falla simultáneamente uno de estos equipos y el estanque metálico, no experimentaría un choque eléctrico.
La segunda función de un sistema de puesta a tierra es garantizar que, en el evento de una falla a tierra, toda corriente de falla que se origine, pueda retornar a la fuente de una forma controlada. Por una forma controlada se entiende que la trayectoria de retorno está predeterminada, de tal modo que no ocurra daño al equipo o lesión a las personas. La conexión a tierra no es de capacidad infinita e impedancia nula. Sin embargo, la impedancia del sistema de tierra debiera ser lo bastante baja de modo que pueda fluir suficiente corriente de falla a tierra para que operen correctamente los dispositivos de protección, los cuales a su vez provocarán la operación de interruptores o fusibles para
Interrumpir el flujo de corriente. El diseñador de la protección calcula normalmente el valor requerido de impedancia a través de programas de análisis de fallas y este valor debe comunicarse a los responsables del diseño del sistema de puesta a tierra. Además, la elevación de potencial que experimentará el sistema de puesta a tierra mientras ocurre la falla, debiera ser limitada a un valor pre-establecido.
Estas son las funciones que el sistema de puesta a tierra debe cumplir, pero se requiere que se adapten a una amplia variedad de problemas diferentes. El primero es una falla convencional, es decir, la aparición de un deterioro en un cable o la ruptura eléctrica de la aislación fase a tierra en una parte de un equipo. El equipo puede estar en una subestación, una industria o la casa. Llamamos a ésta una falla de “frecuencia industrial”, ya que la mayor parte de la energía disipada en la falla será a ésta frecuencia (50 Hz).
