Conceptos básicos de electricidad. Riesgo eléctrico

El átomo está formado por protones (carga positiva, en el núcleo), neutrones (carga nula, en el núcleo) y electrones (carga negativa, en órbitas exteriores). El número atómico (Z) es el número de protones, e indica también el número de electrones en un átomo neutro. El número másico (A) es la suma de protones y neutrones.

La carga eléctrica es la cantidad de electricidad presente en un cuerpo; su unidad es el Culombio, equivalente a 6,25·10¹⁸ electrones. Según su comportamiento eléctrico, los materiales se clasifican en superconductores (sin resistencia en condiciones especiales, p. ej. estaño, aluminio), conductores (cobre, oro, plata), semiconductores (silicio, germanio) y aislantes o dieléctricos (plástico, madera, cristal).

Datos clave:

• Protón (+) y neutrón (0) en el núcleo; electrón (-) en órbitas exteriores.
• Culombio: 1 C = 6,25·10¹⁸ electrones.
• Materiales aislantes/dieléctricos: plástico, madera, cristal.

La corriente eléctrica es el desplazamiento de electrones de un átomo a otro. El sentido convencional de la corriente se fijó del polo positivo al polo negativo; el sentido real (el de los electrones) es del polo negativo al positivo.

Entre las magnitudes fundamentales: la tensión o voltaje (V), en voltios, cuantifica la diferencia de potencial entre dos puntos (1 V = 1 julio/culombio); la intensidad (I), en amperios, es la cantidad de electrones por unidad de tiempo (1 A = 1 culombio/segundo); la fuerza electromotriz (FEM), en voltios, es la energía que impulsa los electrones (p. ej., pilas y baterías); la resistencia (R), en ohmios, es directamente proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su sección.

Datos clave:

• Sentido convencional de la corriente: del polo positivo al polo negativo.
• Voltios (V): diferencia de potencial. Amperios (A): 1 A = paso de 1 culombio/segundo.
• Resistencia: directamente proporcional a la longitud, inversamente proporcional a la sección.

La corriente continua (CC) mantiene siempre el mismo sentido (pilas, baterías, dinamos, fotovoltaica) y tiene polaridad fija. La corriente alterna (CA) cambia de sentido a intervalos, con forma de onda senoidal; su frecuencia se mide en hertzios (Hz). En Europa la red de transporte y distribución funciona a 50 Hz, y en América a 60 Hz.

La potencia eléctrica (P), en vatios (W), es P = V · I. En corriente alterna existen tres tipos de potencia: activa (P, en W, la realmente aprovechada, la que se factura), reactiva (Q, en VAR, no produce trabajo útil) y aparente (S, en VA, suma vectorial de ambas). El factor de potencia (FDP), o coseno de θ, es la relación entre potencia activa y aparente; en receptores puramente resistivos es igual a 1.

Datos clave:

• Frecuencia de red: 50 Hz en Europa, 60 Hz en América.
• Potencia: P = V · I (vatios). Activa (P, W) / Reactiva (Q, VAR) / Aparente (S, VA).
• Factor de potencia = coseno θ = P/S; en circuitos resistivos puros, FDP = 1.

La Ley de Ohm establece que la corriente que recorre un circuito es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia. Las Leyes de Kirchhoff: la 1ª (Ley de Nodos) dice que en todo nodo, la suma de intensidades entrantes es igual a la suma de intensidades salientes; la 2ª (Ley de Mallas) dice que en todo circuito cerrado, la suma de caídas de tensión es igual a la suma de subidas.

La Ley de Coulomb relaciona la fuerza de atracción/repulsión entre cargas con su magnitud y el cuadrado de la distancia. La Ley de Joule explica el calentamiento de un conductor por el paso de corriente. La Ley de Faraday establece que la tensión eléctrica inducida en un circuito es proporcional a la variación del flujo magnético que lo atraviesa (base de generadores, transformadores y motores). La Ley de Lenz da a esa FEM inducida una dirección opuesta a la variación del flujo que la produce.

Datos clave:

• Ley de Ohm: I directamente proporcional a V, inversamente proporcional a R.
• 1ª Ley de Kirchhoff (Nodos): suma de intensidades entrantes = suma de salientes.
• 2ª Ley de Kirchhoff (Mallas): suma de caídas de tensión = suma de subidas.
• Ley de Faraday: tensión inducida proporcional a la variación del flujo magnético.

Un circuito eléctrico está formado por un generador (produce la FEM), un receptor (transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía) y líneas o cables (conductores que los unen, con elementos de control y seguridad como diferenciales o tomas a tierra).

En los receptores conectados en serie, todos son recorridos por la misma intensidad (constante), y la resistencia equivalente es la suma de las resistencias individuales. En los receptores en paralelo, el voltaje se mantiene constante en cada receptor, la intensidad total es la suma de las intensidades de cada uno, y la resistencia total es menor que si se colocaran en serie; su ventaja es que el fallo de un receptor no afecta a los demás.

Datos clave:

• Elementos de un circuito: generador, receptor, líneas/cables.
• Serie: intensidad constante en todos los receptores (I = cte).
• Paralelo: voltaje constante en todos los receptores (V = cte); fallo de uno no afecta al resto.

El riesgo eléctrico es la probabilidad de que una persona, animal o bien sufra un daño por el uso de la energía eléctrica. La normativa de aplicación comprende el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (RD 842/2002), el Reglamento Electrotécnico de Alta Tensión (RD 337/2014), la NTP 400 (efectos de la corriente en el organismo) y el RD 614/2001, que regula las condiciones de trabajo frente al riesgo eléctrico.

El RD 614/2001 define cuatro tipos de riesgo eléctrico: choque eléctrico (contacto directo o indirecto), arcos eléctricos, caídas o golpes consecuencia de un choque o arco, e incendios o explosiones originados por la electricidad.

Datos clave:

• Riesgo eléctrico: probabilidad de daño por el uso de energía eléctrica.
• Normas clave: RD 842/2002 (BT), RD 337/2014 (AT), NTP 400, RD 614/2001 (trabajos).
• 4 tipos de riesgo (RD 614/2001): choque, arco, caídas/golpes, incendios/explosiones.

El contacto directo se produce al tocar directamente partes activas de la instalación (existen cuatro: fase-fase, fase-neutro, fase-tierra, neutro-tierra). El contacto indirecto se produce con masas metálicas puestas accidentalmente en tensión por un fallo de aislamiento.

La ITC-BT-36 del REBT vigente considera Muy Baja Tensión de Seguridad (MBTS) la tensión nominal que no exceda de 50 V en C.A. o 75 V en C.C.; el antiguo REBT (Decreto 2431/1973) fijaba 50 V para locales secos y 24 V para húmedos.

La protección contra contactos directos se logra por aislamiento de partes activas, barreras o envolventes, interposición de obstáculos, alejamiento de partes activas, y de forma complementaria, con dispositivos diferenciales ≤30 mA. La protección contra contactos indirectos (ITC-BT-24) se logra por corte automático de la alimentación (30 mA como intensidad máxima soportable sin peligro), equipos de clase II (doble aislamiento), locales no conductores, equipotencialidad y separación eléctrica.

Datos clave:

• MBTS (ITC-BT-36 vigente): ≤50 V en C.A. / ≤75 V en C.C.
• Contacto directo: 4 tipos (fase-fase, fase-neutro, fase-tierra, neutro-tierra).
• Diferencial de protección: sensibilidad ≤30 mA.
• Protección contactos indirectos: corte automático, clase II, locales no conductores, equipotencialidad, separación eléctrica.

El arco eléctrico es una descarga entre dos puntos a distinta tensión, generando calor de hasta 20.000 °C, ráfaga de arco (hasta 1.000 kg/m² de presión), ruido de hasta 140 dB y luz ultravioleta.

Según la NTP-400, la fibrilación ventricular está considerada la causa principal de muerte por choque eléctrico. Otros efectos inmediatos son el paro cardíaco, la tetanización (contracción muscular incontrolada que impide soltar el contacto), la asfixia (por tetanización del diafragma) y las quemaduras. Para una corriente de 50 Hz, la resistencia media del cuerpo humano en medio seco es de 1.600 Ω. La tensión de paso es la diferencia de potencial que puede experimentar una persona entre sus pies, separados 1 metro, ante una corriente de fuga en el terreno.

Los incendios de origen eléctrico se originan sobre todo por sobrecalentamiento (sobrecarga o funcionamiento incorrecto) y por estado deficiente del cableado y sus conexiones.

Datos clave:

• Arco eléctrico: hasta 20.000 °C, ráfaga hasta 1.000 kg/m², ruido hasta 140 dB.
• Fibrilación ventricular (NTP-400): causa principal de muerte por choque eléctrico.
• Resistencia del cuerpo humano en medio seco (50 Hz): 1.600 Ω.
• Tensión de paso: entre los pies (1 m de separación) por corriente de fuga en el terreno.

Los bomberos se consideran, en general, trabajadores autorizados no cualificados (el trabajador cualificado requiere formación acreditada o experiencia certificada de dos o más años). De las cinco reglas de oro para dejar una instalación sin tensión (la primera es abrir con corte visible y eficaz todas las fuentes de alimentación), los bomberos, por sus capacidades como Servicio de Extinción de Incendios, únicamente pueden asumir las tres primeras: desconexión, bloqueo y verificación de ausencia de tensión.

Los maletines de emergencia eléctrica del Servicio (CATU y SIBILLE SAFE) presentan tensiones máximas de aislamiento de 25.000 V y 36.000 V. Para la extinción de un fuego con riesgo eléctrico son adecuados los extintores de polvo ABC y de CO2, por ser agentes dieléctricos.

Datos clave:

• Bomberos: trabajadores autorizados no cualificados.
• De las 5 reglas de oro, los bomberos solo asumen las 3 primeras (desconexión, bloqueo, verificación de ausencia de tensión).
• Maletines de emergencia eléctrica (CATU/SIBILLE SAFE): 25.000 V y 36.000 V de aislamiento máximo.
• Extintores adecuados con riesgo eléctrico: polvo ABC y CO2 (agentes dieléctricos).