BLINDAJE ELÉCTRICO

CONCEPTO BÁSICO

El campo eléctrico en todos los puntos interiores de un conductor es cero, y que todo exceso de carga en un conductor sólido se encuentra en su totalidad en la superficie de este.

Si hubiera un campo eléctrico dentro de conductor, el campo ejercería una fuerza sobre cada una de las cargas del conductor, e impartiría a las cargas libres un movimiento neto. Por definición, una situación electrostática es aquella en las que las cargas no tienen un movimiento neto. Se concluye que en electrostática el campo eléctrico en todos los puntos dentro del material de un conductor debe ser cero.

APLICACIONES

La ausencia de campos eléctricos en cavidades cerradas rodeadas por conductores tiene aplicaciones físicas importantes.

1. Cuarto de blindaje

Los instrumentos eléctricos delicados se pueden blindar contra los campos atmosféricos eléctricos y otros campos eléctricos dispersos colocándolos en una caja de lámina metálica. Esta caja se llama jaula de Fadaray. La figura 1 muestra una jaula de fadaray del tamaño de un recinto, que también se llama cuarto de blindaje o pantalla electrostática. Con frecuencia, la caja es de malla de alambre delgado de cobre y no de lámina; aunque la malla metálica no tiene las propiedades aislantes perfectas de la lámina metálica maciza, proporciona un blindaje suficientemente bueno para la mayoría de sus requerimientos.

Una malla es adecuada por ser flexible y porque se puede ver a través de ella.

Entrada a una habitación de Faraday

2. Marquesina protectora

El blindaje de las construcciones contra los rayos se basa en el mismo principio. La figura 2 muestra una marquesina de protección, formada por un conjunto de alambres para blindar una construcción que se usa para almacenar materiales inflamables o explosivos. Los huecos entre los alambres permiten la penetración de algunas líneas de campo, y el blindaje que proporciona esa marquesina es todavía menos perfecto que el de una malla de alambre; pero la intensidad de los campos atmosféricos externos queda atenuada a tal grado que logra evitar que el rayo llegue a la construcción.

3. Lámina metalica de un automovil

De la misma manera, la lámina de un automóvil proporciona un blindaje adecuado contra los rayos. Las ventanas del automóvil forman grandes huecos y permiten la penetración de algunas líneas de campo. Pero la intensidad del campo atmosférico externo se atenúa hasta tal grado que es imposible que los rayos lleguen a los ocupantes del automóvil. la figura 3 muestra un impacto directo de rayo contra un automóvil.

4. Traje conductor

Los trajes conductos se usan para blindar a los trabajadores de servicios eléctricos, que están en contacto directo con líneas vivas de transmisión (figura 4). Muchas líneas eléctricas de alto voltaje trabajan a 400kV, y están rodeadas por campos eléctricos bastantes intensos. Para las reparaciones y limpieza rutinaria de los aisladores, el trabajador usa un traje protector de tela gruesa qur contiene una malla metalica de acero inoxidable que la hace conductora. Este traje blinda el cuerpo contra los campos eléctricos externos.

DEMOSTRACIÓN DEL TEOREMA ACERCA DEL CAMPO ELÉCTRICO EN UN CUERPO CON CAVIDAD VACIA, TOTALMENTE CERRADA DONDE EL CAMPO ELÉCTRICO ES EXACTAMENTE CERO

Con la ecuación V=- E cos ds + V0 …… (1) se demuestra el teorema acerca del campo eléctrico en un cuerpo con cavidad vacía, totalmente cerrada: dentro de una cavidad vacía y cerrada, dentro de un conductor homogéneo, el campo eléctrico es exactamente cero. La demostración es por contradicción. Si hubiera un campo eléctrico dentro de esa cavidad, tendría q haber líneas de campo allí. Como la cavidad esta vacía (no tiene carga), la línea de campo no puede terminar o comenzar dentro del espacio de la cavidad; por consiguiente debe comenzar y terminar en la superficie de la cavidad; tenga en cuenta que la línea de campo no puede penetrar el material conductor, porque en ese material el campo eléctrico es cero. Ahora bien se puede suponer que en el punto donde comienza la línea de campo, el potencial tiene el valor V0, y evaluar ecuación (1) para una trayectoria que siga a la línea de campo, desde su inicio hasta su otro extremo. El campo eléctrico siempre es tangente a la línea de campo, por lo que =0 y =1. Por consiguiente, -E cos ds es negativo. De acuerdo con la ecuación (1), eso quiere decir que V es menor que V0. Pero esa diferencia de potencial entre V y V0 es imposible, porque esos potenciales se evalúan en la superficie del conductor, y todos los puntos de un conductor están necesariamente al mismo potencial. Con esta contradicción se establece el teorema.

Jaula de Faraday, recinto metálico de paredes no necesariamente continuas, que constituye una pantalla eléctrica o electrostática.

Si en el interior de un conductor existieran cargas eléctricas libres, éstas serían arrastradas por el campo eléctrico en dirección perpendicular a las superficies equipotenciales, hasta alcanzar la superficie exterior del conductor. Por tanto, en un conductor en equilibrio, las cargas eléctricas libres no pueden existir más que en la superficie. Por otra parte, si en el interior de un conductor hueco no existe ninguna carga, dentro de dicho conductor el potencial correspondiente será constantemente igual al correspondiente a su superficie, y el campo eléctrico nulo. En consecuencia, bastará rodear un cuerpo con una pantalla metálica unida a tierra para

que el campo en el interior sea nulo, por muy intensos que sean los campos eléctricos exteriores. De esta forma los aparatos eléctricos para medidas de precisión pueden ser protegidos contra cualquier perturbación eléctrica externa rodeándolos con una red de conductores, en forma de malla, no necesariamente muy tupida. Es fácil constatar que para recibir una emisión de radio en el interior de un vehículo, cuya carrocería es metálica, hace falta una antena exterior.

CONCLUSIONES

Gracias al conocimiento y el interés que se ha mostrado por los conceptos de campo eléctrico, ley de Fadaray, carga en un conductor, potencial eléctrico se han logrado extraer diversos beneficios pues al relacionar todos estos conceptos se ha conseguido sacar buen provecho y aplicarlos en la vida diaria.

MICRÓFONO DE CONDENSADOR

DESCRIPCIÓN

También llamado micrófono electrostático o micrófono de capacidad, se basa en el principio físico que

estudia el fenómeno del funcionamiento de los condensadores donde si a una placa de condensador le

damos libertad de movimiento con respecto a la otra que mantenemos fija, entonces la capacidad de

almacenar carga variará, este hecho rige el funcionamiento del micrófono, resaltando que entre dichas

placas hay un material aislante que conocemos como dieléctrico. Un hecho también resaltante de este

micrófono es que sirve para aumentar la amplitud, en la cual está basada el volumen y lo cual puede ser

aprovechado por el usuario de manera que una vez más la ingeniería basada en la física da una mejor

calidad de vida al ser humano.

COMPONENTES PRINCIPALES

Placa fija

Material Aislante

Placa móvil.- Se trata de un disco conductor (base de poliéster con recubrimiento

de metal vaporizado que es lo que lo hace conductor) de 12 a 25 mm de

diámetro. Esta placa móvil que se acerca o se aleja de la fija, provoca

una variación en el voltaje almacenado (se ganan o pierden electrones en el

material aislante situado entre ambas placas).

FUNCIONAMIENTO

La placa móvil hace de membrana en el micrófono (diafragma), es alimentada por una tensión continua

generada por una pila que se encuentra entre la membrana y la placa fija permitiendo el paso de electrones.

Al emitir un sonido, esto hace que se ejerza una presión sobre la membrana la cual se acerca a la placa fija

generando un flujo mayor de electrones o menor según sea el movimiento de estos, lo cual genera una señal

eléctrica. Dado a la gran impedancia (oposición total a la corriente) existente la longitud del cable para que se

perciba bien debe ser muy corta por lo que se añade un amplificador para que llegue más lejos la señal. El

amplificador es de baja resistencia a la corriente (200 ohm aprox.) y va dentro de micrófono.

Algunas consideraciones que debemos de tener en cuenta son:

Para su funcionamiento necesitan de corriente eléctrica, estos micrófonos no son autónomos sino

que necesitan alimentación que puede ser proporcionada por pilas o bien de manera externa. Lo

que comúnmente en el campo de la microfonía se conoce como alimentación fantasma o phantom.

El consumo de corriente varía entre los 0,5 y los 8 mA.

La alimentación externa llega al micrófono desde la mesa de mezclas (48 voltios si se trata de

corriente continua o 12 voltios si se trata de corriente alterna). Diferenciar estos tipos de corriente

es fácil pues las tomas de corriente de edificios proporcionan corriente alterna, y si la meza de

mezclas trabaja con corriente continua necesita de un transformador el cual está a la vista.

La alimentación phantom o de pila también proporciona alimentación al amplificador que necesitan

los micrófonos de condensador, dado a su señal débil. Este amplificador puede estar dentro del

micrófono o en un dispositivo aparte, este es el que proporciona al micrófono una señal de salida de

nivel de línea.

Una buena parte de los micrófonos de condensador son de direccionabilidad variable. Es decir,

poseen un interruptor que permite elegir la direccionalidad (cardioide,

direccional u omnidireccional más conveniente ante una toma de sonido dada).

La frecuencia de resonancia de los micrófonos de condensador se sitúa en la zona de los agudos (de

12 a 20 kHz), sin embargo, como el diafragma es menos pesado que el de los micrófonos de bobina

móvil, no consigue picos tan altos como aquel.

Veamos un punto importante sobre su principio físico:

Recordemos que un Condensador almacena carga cuando se le suministra un potencial

eléctrico. La ecuación que describe el fenómeno es:

Q=CV

Donde:

Q = carga, en coulombs.

C = capacitancia, en faradios.

V = potencial, en voltios.

La variación de la capacitancia, al cambiar la distancia entre las placas, producirá una variación

de voltaje:

 

Fig. I Micrófono Capacitivo.

CARACTERÍSTICAS

Direccionalidad variable mediante un interruptor (cardiode, omnidireccional, bidireccional).

Sin autonomía propia, tiene que ser alimentado externamente (12, 24 o 48 v.).

Alimentación AB (alimentación entre + y -) o alimentación PHANTOM (entre + o - y la masa).

Poca dinámica.

Resistencia o impedancia muy alta.

Influencia de la humedad y temperatura.

Muy sensibles.

Respuesta en frecuencia muy buena.

Utilización profesional.

Debido a que responde a variaciones de presión se clasifican en los micrófonos de presión, y como

consecuencia de ello tienen una respuesta onmidireccional.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

El tamaño de su diafragma no está limitado por el hecho de tener que acoplarse a un determinado

campo magnético, como ocurre en los micrófonos de bobina móvil o de cinta.

El micrófono de condensador está considerado por los profesionales como el estándar de máxima

calidad, quedando el resto de modalidades para aplicaciones específicas.

Por su gran sensibilidad, si la fuente sonora es muy alta o está demasiado alta, puede producir distorsión

por sobre carga, lo que entre los profesionales recibe el nombre de sonido quemado.

Presentan una impedancia de salida muy alta, por lo que la longitud de cable para que no haya pérdidas

debe ser corta.

Se ven afectados por las condiciones de humedad y temperatura, son muy frágiles y tienen un alto coste

(son caros).

CONCLUSIONES

Dado a su principio de funcionamiento, su eficiencia es mucho mayor a la de otros tipos de micrófonos.

Su coste es demasiado alto por lo que su uso se da mayormente en estudios profesionales.

Calidad de sonido excelente, por lo que los artistas lo recomiendan.

Su consumo de corriente es mínimo para la calidad que nos brinda.

Se alimenta de corriente por medio de alimentación externa, phantom. O por medio de una pila.

Su funcionamiento se da en base a la presión generada por las ondas sonoras.

FUSIBLES O CIRCUITOS INTERRUPTORES AUTOMATICOS

INTRODUCCION

figura.2: elemento fusible fundido

Fig.1:fusible en un circuito eléctrico

El uso primario de la corriente eléctrica, ya sea cd o ca, es transferir la energía silenciosa y flexiblemente, así como de forma conveniente de un lugar a otro. Dicha energía es aprovechada por distintos aparatos eléctricos que están conectados al circuito a través de la cual fluye la energía eléctrica

El cuidado, tanto de los elementos que constituyen el circuito eléctrico como los dispositivos que reciben la corriente eléctrica es de importancia. Por lo que se dispone elementos que se puedan abrir o cerrar para cortar o dejar pasar el flujo de energía : interruptores eléctricos

FUSIBLES

El fusible es quizá el dispositivo más simple de seguridad utilizado para proteger un circuito eléctricos componente esencial es un hilo o una banda de metal que se derrite a determinada temperatura.

Por ello, estos se basan en la fusión por efecto Joule.

El funcionamiento esta determinado esencialmente por la banda de metal y por la intensidad de corriente eléctrica a través del fusible: el hilo conductor del que se dispone presenta un punto de fusión bajo ,por lo que cuando soporta la elevación brusca de la intensidad de corriente superior a la que puede resistir a condiciones normales este se calienta demasiado pues este presenta una resistencia determinada y por tanto a mas corriente más energía disipada(pues P=I2R) por segundo por el elemento fusible; produciéndose que el hilo se funda deteniendo el paso de corriente y de ese modo protege al circuito.

En conclusión:

• Un fusible abre cuando la corriente que circula a través de él, excede su corriente limite durante cierto tiempo

• Facilidad con que el fusible disipe el calor desarrollado en el.

Los fusibles tienen tres limitaciones o características importantes:

• Limitación de corriente

• Limitación de voltaje

• Características de apertura(fusión)

Hay tres categorías generales de características de fusión de los fusibles

• Fusión rápida

• Fusión media

• Fusión lenta

Estas tres categorías responden rápidamente (cerca de 1 ms) a sobrecargas extremas (más de 10 veces la corriente limite). Igualmente responden casi lo mismo para muy pequeñas sobrecargas

Según sigue se clasifican los fusibles:

Tipo Características Uso

Rápidos o tipo K • Punto de fusión elemento fusible: bajo

• Relación de velocidad* que varía de 6 para regímenes de 6 A y 8 para los 200 A

• Proteger dispositivos muy sensibles : aparatos de medida eléctricos

Medios Elemento fusible de punto de fusión intermedio.

Usos generales:

• Cuando la corriente inicial (al conectar) es casi la misma que la nominal.

• Ante a ‘avalanchas' de corriente de corta duración.

Lentos o tipo T • Relación de velocidad (igual régimen):10 y 13

• Trabaja con corriente mucho más elevada.

• Motores eléctricos

Otros tipos:

Tipo H(elemento extrarápido): relaciones de velocidad de 4 y 6

calentadorbombilla

A la red eléctrica

20 A

2 A

10 A

8 A

Fusible

línea línea

Obsérvese como a mayor cantidad de equipo conectados el circuito se sobrecarga ,pasando mas corriente a través de este, en consecuencia se inicia un sobrecalentamiento que es captado por el fusible ,el cual cumple su función interrumpiendo la corriente.

Tipo dual(fusibles extralentos):relación de velocidad es 13 y 20(para 0.4 A y 21 A)

Este último reporta grandes beneficios no solo a la protección de la red sino también en el máximo provecho de la capacidad de los transformadores de distribución donde son instalados.

El eslabón fusible DUAL presenta la mejor característica tiempo-corriente de todos los fusibles desarrollados hasta hoy.

¿Cómo afectan los fusibles nuestra vida diaria?

Desde los fusibles del hogar hasta los más sofisticados usados en edificios modernos, empresas industriales, los usados en automóviles, en los televisores etc. nos sirven para proteger nuestros circuitos de equipos electrónicos, bajo el mismo principio, las redes eléctricas de las industrias para proteger la línea de corriente eléctrica que llega a nuestra casas y en otros muchos casos, su función es predeterminarte asociado a la protección.

VENTAJAS DESVENTAJAS

• Económicos. Útiles al producirse cortocircuitos

• Relativamente fáciles para reemplazar. • Fáciles de comprobar su buen funcionamiento.• Los fusibles(en algunas aplicaciones) son

mejores que los interruptores automáticos

• Facilidad que tienen de poder ser usados con una misma disposición de base, hilos o láminas no adecuadas.

• La independencia de actuación de los fusibles en una línea trifásica supone un serio problema, ya que con la fusión de uno de ellos se deja a la línea a dos fases.

• Al fundirse , el metal fundido salta salpicando sus inmediaciones con probabilidad de lesionar a cualquier persona que se encuentre cerca de el(fusible de plomo)

Algunas recomendaciones:

• Reemplazar los fusibles siempre en la forma y limitaciones específicas.

• No debe ignorarse las limitaciones de voltaje. Si uno medio o rápido se sustituyese por uno lento podría dañarse el equipo antes que pudiese responder el fusible.

¿Cómo saber si el fusible funciona correctamente y si es bueno?

• Esencialmente los fusibles pueden comprobarse con un óhmetros el fusible esta fundido el óhmetro indicara una resistencia infinita.

• El óhmetro indicara una resistencia eléctrica muy baja si el fusible es bueno.

En contraste a todo lo anterior, estos dispositivos muy sencillos están siendo sustituidos por otros (pero no dejados de usarse) mucho más prácticos en cuanto a su funcionamiento, pero la idea fundamental es la misma.

INTERRUPTORES AUTOMATICOS O DISYUNTORES

El interruptor automático es comparado frecuentemente con el fusible en diversas aplicaciones, pues es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito eléctrico cuando la intensidad de la corriente eléctrica que por él circula excede de un determinado valor.

CARACTERISTICAS Y TIPOS

Los parámetros más importantes que definen un disyuntor son:

• Calibre o corriente nominal: Corriente de trabajo para la cual está diseñado el dispositivo.

• Voltaje de trabajo: Tensión a la funciona el disyuntor.

• Poder de corte: Intensidad máxima que el disyuntor puede interrumpir. Con mayores intensidades se pueden producir fenómenos de arco voltaico, fusión y soldadura de materiales que impedirían la apertura del circuito.

• Poder de cierre: Intensidad máxima que puede circular por el dispositivo en el momento de cierre sin que éste sufra daños por choque eléctrico.

• Número de polos: Número máximo de conductores que se pueden conectar al interruptor automático.

Los disyuntores más comúnmente utilizados son los que trabajan con corrientes alternas, aunque existen también para corrientes continuas.

Los tipos más habituales de interruptores son:

• Magneto térmico

• Magnético

• Térmico

• Por corriente diferencial

• Guardamotor

FUNCIONAMIENTO

Dispositivo térmico

Está compuesto por un bimetal calibrado por el que circula la corriente que alimenta la carga. Cuando ésta es superior a la intensidad para la que está construido el aparato, se calienta, se va dilatando y provoca que el bimetal se arquee, con lo que se consigue que el interruptor se abra automáticamente. Detecta las fallas por sobrecarga.

Dispositivo magnético

Lo forma una bobina, un núcleo y una parte móvil. La intensidad que alimenta la carga atraviesa dicha bobina, y en el caso de que ésta sea muy superior a la intensidad nominal del aparato se crea un campo magnético que es capaz de arrastrar a la parte móvil y provocar la apertura del circuito de forma casi instantánea. Detecta las fallas por cortocircuito que pueda haber en el circuito aguas abajo.

Fig.4. Disyuntor magneto térmico Fig.5.diagrama de un interruptor magneto-térmico

¿Qué ventajas muestra un interruptor automático ante un fusible?

La mayor ventaja reside, que realizan la misma función que el fusible, pero que no hay que sustituirlos por otro nuevo cuando ocurre un cortocircuito.

Una vez queda resuelta la avería que ocasionó que se abriera el circuito, solamente será necesario accionar su palanquita, tal como se hace con cualquier interruptor común, y se restablecerá de nuevo el suministro de corriente.

USO DE LOS INTERRUPTORES

• Los usos de los interruptores son muy diversos siendo de mayor importancia en la industria para proteger las

instalaciones eléctricas contra sobrecargas y cortocircuitos.

• Los guardamotores se usan para la protección de motores eléctricos, esto es. Proporciona protección frente a

sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase.

• Son frecuentemente usados en algunos hogares.

• El interruptor diferencial cumple una función de protección de la vida así como de la instalación eléctrica y

demás bienes materiales.

CONCLUSIONES

Tanto los fusibles como los interruptores son dispositivos útiles en muchos aspectos, pero lo que realmente hacen estos es que los efectos de las fallas que inevitablemente ocurren sean limitados.