Mantenimiento industrial práctico - Academia online de

electricidad de viviendas, electrónica, mantenimiento industrial, reparación de electrodomésticos, etc. He aprendido mucho durante estos años, y cada vez soy más consciente de lo mucho que me queda por aprender. Estoy seguro que si hubiese querido llegar a donde estoy cuando tuve que decidir por primera vez, todo hubiera sido distinto.


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Mantenimiento
industrial práctico
1

Mantenimiento industrial práctico 2 Mantenimiento industrial práctico

Eugenio Nieto Vilardell

3

Mantenimiento industrial práctico

©
Eugenio Nieto Vilardell
, 2013

Fidestec

Ediciones

es una marca propiedad de
Eugen
io Nieto Vilardell

Depósito legal

SE 2088
-
2013

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www.conlicencia.com
; 91 702 19 70 / 93 272
04 45).

4
5 Dedicado a todas las personas

con las que he trabajado
, porque
de
todas he aprendido y he recibido
conocimiento
. E
spero compartir
un poco con los demás, para que
entre todos

podamos seguir
moviendo el mundo.

Con un pensamiento especial hacia
Demelsa, mi mu
jer, y
Óscar,
mi hijo, porque una vez que ya he plantado algún que otro árbol,
y tras escribir este libro, aún siento la necesidad de seguir
haciendo grandes cosas. 6

Índice
Introducción

................................
................................
..............

7

Capítulo 1.

Repaso de conceptos

................................
...............................

13

Capítulo 2.

Interpretación de esquemas

................................
.........................Capítulo 3.

Elementos d
e un circuito

................................
.............................Capítulo 4.

Mecánica

................................
................................
.....................Capítulo 5.

Neumática e hidráulica

................................
................................Capítulo 6.

Diagnóstico y reparación de averías

................................
...........Capítulo 7.

Equipos de medida

................................
................................
......Capítulo 8.

Tipos de mantenimiento

................................
..............................Capítulo 9.

Gestión del mantenimiento

................................
.........................Capítulo 10.

Gestión del
mantenimiento asistida por ordenador (GMAO)

.....Capítulo 11.

La seguridad en el mantenimiento

................................
..............Capítulo 12.

Ánimo

................................
................................
.........................Capítulo 13.

Anexo 1. Símbolos eléctricos

................................
......................Capítulo 14.

Anexo 2. Símbolos de neumática

................................
................Capítulo 15.

Anexo 3. Símbolos de hidráulica

................................
................Capítulo 16.

7INTRODUCCIÓN

Capítulo 1.

Una de las cosas que considero más importantes es tener lo que algunos
llaman un
proyecto de vida
, que no es más que un croquis del tipo de
vida que quieres tener.
No suele ser un proyecto escrito en papel y
perfectamente redactado, sino un esquema mental
con un conjunto de
imágenes de los aspectos más importantes para cada uno. Tampoco es
algo con lo que uno nace, sino que se va conformando con el paso de
los años, y cambia según nuestras circunstancias y las de nuestro
entorno. De hecho, casi nadie podría

definir cuál es su proyecto de vida,
y pocos han pensado siquiera en ello. Sin tener unos objetivos
definidos, resulta difícil tomar las decisiones que nos lleven a
conseguirlos, así que la mayor parte de acciones durante nuestra vida
nos acercan y alejan

aleatoriamente
de esa situación ideal.

Si es difícil encarrilar nuestra vida hacia un objetivo concreto, más lo es
decidir nuestro futuro durante la adolescencia, que es cuando decidimos
qué tipos de estudios queremos cursar para
desarrollar nuestra vida
profesional. Pocos nos sentimos satisfechos al cabo de los años con las
opciones escogidas durante esa época de dudas e incertidumbre, y casi
todos
vamos corrigiendo nuestro rumbo sobre la marcha, en función de
lo que vamos aprendiendo y de cómo varía el m
ercado laboral o
nuestras circunstancias personales.

No te preocupes, no estás leyendo un libro de filosofía ni autoayuda.
Intentaré explicarte
a qué vienen estas reflexiones profundas
, aunque
para ello necesito ponerme como ejemplo
.

A mis doce o trece
años, mis padres me preguntaron qué es lo que iba a
estudiar al terminar la EGB (
o primaria
), y en aquel momento no tenía
ni idea de lo que quería o podía hacer. Mi hermano, un año mayor que
yo, era aprendiz de técnico de reparación de televisores. Él nunc
a había 8

sido un gran estudiante, y sin embargo resultó que se le daba muy bien
ese oficio, y aprendía muy deprisa. Mis padres me
propusieron

la
posibilidad de estudiar electrónica,
ya que a mí me interesaba más
estudiar que a mi hermano
. P
or aquel entonces

solamente había un par
de escuelas donde se podía cursar esta materia
,
y ambas eran privadas.
A mí me interesaba mucho este campo, incluso iba a la biblioteca
municipal y devoraba libros de esta temática. Así que decidí
aprovechar
la oportunidad de estudi
ar

electrónica, en unos tiempos donde la FP
era
considerada lo fácil para empezar a trabajar pronto
, la ESO era
todavía
un experimento,
y el BUP (bachillerato) era para
administrativos o
futuros universitarios, un tema que
desconocía y tampoco
me interesab
a
especialmente
.

Así entré en la formación profesional, con todas mis dudas y sin planes
de futuro más allá de los exámenes. Me sentía muy bien pensando que
iba a ser un “electrónico”, y me gustaba ir por la calle con mi mochila
llena de libros
y mi caja d
e herramientas. Todo fue muy bien hasta que
me di cuenta de

que durante tres meses habíamos estudiado las
resistencias, durante otros tres los condensadores, otros tantos para las
bobinas, y así
fui perdiendo

la ilusión. Toneladas de teoría, mucho
estudiar

y escribir, poco tiempo libre para disfrutar de la vida, y pasitos
muy cortos para llegar a lo que yo creía que era un técnico, algo así
como los científicos chiflados de las películas, con un laboratorio lleno
de aparatos y creando cachivaches espectacul
ares.

Mi desmotivación era cada vez mayor, sobre todo porque estaba
obligado a hacer esfuerzos sin saber los objetivos que alcanzaría, era
como remar sin ver la meta. Finalmente abandoné los estudios para
empezar mi carrera profesi
onal como aprendiz de cam
arero.

Para no extenderme mucho diré que fui dando bandazos, trabajando en
muchos campos distintos, pero mi pasión por los cables y la tecnología
iba en aumento, así que empecé a enfocarme de nuevo en este campo. 9

Fui estudiando de forma autodidacta, realiz
ando los cursos que mi
tiempo y economía me permitían, y así volví a ejercer como

técnico, en
diversas variantes: mantenimiento
en

una
discoteca, microinformática,
electricidad de viviendas,
electrónica, mantenimiento industrial,
reparación de
electrodomés
ticos, etc.

He aprendido mucho durante estos años, y cada vez soy más consciente
de lo mucho que me queda por aprender. Estoy seguro que si hubiese
querido llegar a donde estoy cuando tuve que decidir por primera vez,
todo hubiera sido distinto. Hubiese el
egido con decisión, manteniendo
la motivación de saber cuál era mi meta, y habría ahorrado mucho
tiempo y esfuerzos, manteniendo el enfoque y aprovechando mejor el
tiempo
, aunque también cabe la posibilidad de que no tuviese los
recursos que me ha dado el
navegar por distintas aguas.

Sé de muchas personas que han tenido una trayectoria comparable a la
mía, así que he mirado de forma más crítica a la sociedad que te obliga
a decidir cuando no estás preparado y, lo que es peor, te
dificulta

corregir el rumbo

si cambias de objetivos.

La formación no reglada está
muy poco valorada. En tu currículo no destacan los cursillos no
oficiales, ni los libros que has leído
, ni los blogs que sigues
, ni lo que
has experimentado por tu cuenta, ni las horas que has pasado
d
ocumentándote sobre algún tema que despierte tu curiosidad.

Vivimos
en la era de la información, pero solo valoramos lo que aprendemos de
la misma forma que hace doscientos años, con un profesor disparando
datos que debemos procesar para completar un exame
n, aunque los
olvides después de obtener tu título oficial.

Después de aguantar esta historia te mereces saber el porqué de mi
charla.
Decidí escribir este libro con la esperanza de ayudar a personas
que, como yo, quisieran o necesitasen cambiar el rumbo d
e su carrera
profesional sin tener que volver a empezar desde cero. La idea es que,
tanto si
eres un estudiante y
acabas de terminar tus estudios
,

como si 10

llevas años en el mercado laboral, te acerques al mantenimiento
industrial con más confianza, sabiend
o un poco lo que te vas a
encontrar, y con las nociones básicas que te permitan ampliar
conocimientos concretos según vayas necesitándolos.

No soy un gran
experto, no dudo que haya gente con mucho más talento y experiencia
que yo. Sin embargo, al haberme m
ovido por empresas y oficios

muy
distintos
, tengo una visión más abierta y puedo ser una ventana que te
ayude a ver
la realidad de este campo.

He intentado evitar los temas de los que se habla generalmente en otros
libros o
artículos

dedicados al mantenimiento,
donde creo que se dedica
mucho tiempo a conceptos muy abstractos que ayudan a la directiva de
una empresa, pero que no forman parte del día a día de tu trabajo.
Considero más
urgente
adquirir
los
conocimientos que te serán útil
es en
más de una ocasión. Además, no quiero convertirme en un pistolero de
datos que debes memorizar, para recitarlos y parecer el listo de la clase.

Pretendo que el lenguaje utilizado no sea nada complejo. De hecho,
intento evitar las palabras rebuscadas,

porque no me interesa parecer
culto, prefiero que entiendas lo que intento expresar.

No puedo enseñarte aquí todo lo que deberías haber aprendido en una
escuela de formación profesional, así que si no tienes los conocimientos
teóricos básicos, seguramente

tendrás que buscar ayuda estud
iando o
leyendo sobre ellos.
Tampoco quiero profundizar demasiado en cada
tema, porque es muy fácil conseguir información especializada y
concreta sobre un asunto particular. Mi objetivo es que tengas una base
amplia sobre la

que construir, con los cimientos formados por tus
conocimientos y experiencia

previos. Por supuesto, tu formación no
debe terminar nunca, te encontrarás retos y situaciones nuevas que te
obligarán a indagar y consultar información para afrontarlos. Con un
a
base sólida, irás dando pasos que te hagan mejorar profesionalmente.
11

E
spero que
al terminar de leer este libro, te sientas preparado para entrar
de lleno en
el mundo del mantenimiento industrial
,
y recuerda que
no
hay mejor herramienta que el conocimient
o. 12 13REPASO DE CONCEPTOS

Capítulo 2.

Seguramente recuerdes muchos de los conceptos aprendidos durante tu
infancia en la escuela, estudios secundarios,
en el trabajo, etc. Algunos
los has retenido porque te han llamado la atención, o simplemente
porque has necesitad
o aplicarlos en algún caso práctico. Seguramente
estarás de acuerdo conmigo en que has olvidado más cosas de las que
recuerdas.

Vamos a repasar algunos conceptos que será necesario tener frescos
para asimilar más fácilmente lo que iremos viendo en siguien
tes
capítulos. Si está un poco verde en electricidad, te recomiendo que
intentes formarte mejor, porque la electricidad tiene una particularidad
evidente
: no puede verse. Así que si no entiendes bien su
comportamiento,
difícilmente puedas seguir su camino
y
deducir

cómo
actúa. Repasaremos los principios básicos, de forma rápida y breve,
para no cansarte. Si no entiendes bien algún concepto concreto, te
recomiendo que busques otra forma de explicarlo
, con

vídeos online,
por ejemplo. A mí me ayuda mucho ver lo mismo explicado de formas
distintas, porque lo comprendo mejor y lo recuerdo más fácilmente.

Te recomiendo que si no entiendes alguno de los conceptos te detengas
y te documentes si es necesario hasta

haberlo comprendido y asimilado.
Son básicos para entender el resto del libro, así que no tienes excusa
para pasar de largo.

(a)

El átomo

Comenzaremos por
la esencia

de todo, el átomo. Es la partícula más
básica de la materia.
De él dependen la mayoría de
pr
opiedades
de un
material: composición, dureza, peso, resistencia eléctrica, etc. Casi 14

todos los problemas complejos se resuelven dividiéndolos en problemas
más simples, así que pensar en la materia como un conjunto de átomos
nos ayuda a asimilar mejor otro
s conceptos más complejos.

Seguramente conoces bastante sobre los átomos, como su forma o sus
componentes, así que haremos un repaso breve.Fig. 1. Representación de un átomo

El átomo consta de tres elementos básicos

(también llamadas partículas
subatómi
cas)
:

-

El
neutrón

(N)
, que no tiene carga eléctrica y no afecta al
comportamiento del elemento, aunque sí a sus características físicas,
puesto que se trata de materia con masa y volumen.

-

El
protón

(+), con carga eléctrica positiva, forma el núcleo junto al

neutrón.

-

El
electrón

(
-
) tiene carga eléctrica negativa y orbita alrededor del
núcleo.

Los electrones neutralizan la carga de los protones, así que a igual cantidad de
protones y neutrones, el átomo en su conjunto no tiene carga. Sin embargo, si
hay un de
sequilibrio, el átomo tendrá carga, con el signo según el mayor
número de partículas de un tipo. Así, en el caso de un átomo con un electrón
d
e menos, la carga será positiva, y viceversa.

La atracción entre electrones y protones es muy grande. Los electron
es orbitan
en distintas capas.
A su vez, los átomos se combinan entre si formando 15

estructuras complejas, pudiendo adquirir formas muy variadas. Por ejemplo, el
carbono puro puede tener distintas propiedades según la estructura en la que se
combinen sus áto
mos, como el diamante, el grafito, el grafeno, o la
lonsdaleíta. Todos son carbono puro, pero en un caso los átomos forma
n

estructuras sólidas y en otros son más débiles. Además, sus diferencias son
grandes, por ejemplo el diamante es muy duro y no conduce

la electricidad,
mientras que el grafito es un buen conductor y se rompe con facilidad.

(b)

Materiales conductores

Los electrones puedes desplazarse de un átomo a otro. Si un átomo tiene un
electrón menos, tendrá carga positiva, atrayendo a los electrones de
los átomos
vecinos. Debido a la velocidad de los electrones y a la atracción de otros
átomos con carga positiva
, e
l electrón puede salir de su órbita y entrar en la
del átomo vecino.
Hay situaciones en las que un átomo tiene mayor facilidad
para atraer o p
erder electrones. En este caso, consideraremos a este material
como buen
conductor

eléctrico. Por el contrario, algunos materiales tienen
uniones internas tan fuertes que no permiten el intercambio de electrones. En
este caso hablamos de
materiales aislant
es
.

(c)

Corriente eléctrica

En el caso de una pila o una batería

(fig. 2)
, un polo está cargado de
electrones, y el otro tiene carencia de ellos, así que su atracción es muy fuerte.
Un material aislante (línea azul) separa ambos polos.
Al no haber un material
conductor que los comunique, los electrones no puedes llegar a los átomos
positivos.
En cuanto conectamos el polo negativo al positivo mediante algún
material conductor

(hilo amarillo)
, el polo positivo atraerá a los electrones más
cercanos del conductor.
Los átomos del conductor que pierdan electrones se
volverán positivos, atrayendo a los electrones de los átomos contiguos, y así
hasta que todo el conductor esté recogiendo electrones del polo negativo y
entregándolos al positivo.
16

A este movimiento de elec
trones le llamamos
corriente eléctrica
, porque
hay
un flujo constante de electrones. La corriente realiza un recorrido al que
llamamos
circuito eléctrico
. Para que exista una corriente eléctrica el camino
entre el polo negativo y positivo de la pila debe estar comunicado, debe existir
un
circuito cerrado
. Si el circuito se interrumpe separando el conductor, se
detendrá el flujo de electrones. A esto se lla
ma
circuito abierto
.

Cuando los átomos del polo negativo hayan perdido los electrones que les
sobran y tengan una carga neutra, y a su vez los átomos del polo positivo
hayan recuperado los que les faltaban, dejará de existir atracción por lo que la
corrien
te se detendrá, y diremos entonces que la pila está agotada. En el caso
de las baterías, aplicando una carga eléctrica podemos volver a forzar a los
electrones a volver al polo negativo, recargando así la batería

y

recuperando el
desequilibro entre los pol
os.
Fig. 2. Pila y corriente eléctrica

Como la electricidad es invisible, es un poco complicado imaginar todo este
proceso, así que a menudo se utiliza

el agua como explicación algo más visual.

Imagina que el espacio vacío está lleno de átomos, y que cada gota de agua es 17

un electrón. Así, cuando se desplaza una masa de agua, es como si las gotas
fuesen desplazándose de un hueco del espacio vacío a otro. Para entenderlo
mejor puedes imaginar una
montaña de arena. Si vas quitando granitos
(electrones) el peso hará que los granitos de encima caigan a ese hueco,
rellenándose el espacio.Todos comprendemos lo que es un depósito de agua, un grifo, una tubería,
etc. Vamos a ver el ejemplo de la pila ut
ilizando una corriente de agua (fig. 3).
Tenemos un depósito dividido en dos partes aisladas. Una de ellas está llena
de agua, y la otra vacía. En el momento que conectamos un tubo que deje
pasar el agua de un lado al otro, se producirá una corriente de ag
ua que durará
hasta igualarse la altura de las dos partes del depósito. En este caso, la fuerza
que genera el movimiento es la gravedad que empuja al agua a bajar por su
propio peso. En el caso de la electricidad la fuerza aplicada es la atracción
entre pr
otones y electrones.Fig. 3. Corriente de agua(d)

Electromagnetismo

Un imán es un objeto fabricado con un material altamente magnético. Cada
imán tiene dos polos opuestos, a los que se denomina polo norte y polo sur. Si
rompemos un imán en dos partes, cada

una de ellas tendrá sus propios polos
norte y sur. Al acercar dos imanes, sus polos iguales se repelen, mientras que 18

los opuestos se atraen, es decir que si los aproximamos por sus polos norte,
éstos intentarán alejarse, y en el caso de acercarlos uno por

el polo norte y otro
por el sur, se atraerán hasta unirse. Todos los elementos tienen propiedades
magnéticas, solo es necesario que tengan masa, y si tienen átomos tienen
masa.

Imagina el circuito de la pila, con los electrones circulando del polo negativ
o
al positivo.
Si acercamos un imán, los electrones se verán atraídos o repelidos
por él. Si enrollamos el cable a través de un
material magnético
, los electrones
se verán afectados mucho más por el campo magnético, porque se mantendrán
dentro de él. Así q
ue cuanto más enrollemos el cable, mayor será el efecto
sobre los electrones.

Ahora imagina que no circula corriente. Si movemos el campo magnético,
crearemos un desequilibrio que moverá también los electrones, como si
mueves un cubo con agua. En cuanto el

campo magnético se quede quieto, los
electrones se detendrán. Si hacemos girar el campo magnético, crearemos un
movimiento de los electrones hacia adelante y hacia atrás. Cuanto mayor sea
el campo magnético, más recorrido harán los electrones en cada sent
ido. Pues
bien, acabamos de explicar cómo funciona un
generador eléctrico
. Si hacemos
girar una turbina con un imán a gran velocidad, y alrededor montamos una
bobina de cable, el campo magnético en movimiento generará una corriente
eléctrica que irá hacia
adelante y hacia atrás, sincronizada con la posición del
imán.En el caso contrario, es decir si el imán se encuentra quieto, y aplicamos
corriente a la bobina de cable del generador, el movimiento de los electrones
generará un campo magnético que atraerá

o repelerá al imán, de modo que
éste se desplazará. Si sincronizamos los movimientos de la corriente, podemos
hacer girar el generador de forma continua, convirtiéndose en un
motor
.

Así que básicamente, un generador y un motor son lo mismo, solamente varí
a
el uso que se le da. En el caso de convertir el movimiento en corriente
eléctrica funcionará como generador, y en el caso contrario lo hará como
motor.
19

(e)Corriente continua y corriente alterna

Hemos visto que e
l ejemplo de la pila corresponde a una
corri
ente continua
,
en la que los electrones se mueven en un solo sentido.
En el caso del
generador, la corriente
varía su polaridad continuamente

al invertirse el
sentido en el que se desplazan los electrones. Esta corriente se conoce como
corriente
alterna
.

Para entenderlo

mejor
, voy a poner un ejemplo sencillo. Si un coche circula
con el tubo de escape rozando el suelo, este se calentará por el rozamiento, y
soltará chispas. La energía se aplica de forma continua. En el caso de querer
encender un fuego frota
ndo un palo, aplicamos energía en movimientos
alternativos, pero al final conseguimos el mismo efecto, la madera se calienta
generando chispas,
y al final conseguiremos
encender un
fuego. En el primer
caso aplicamos energía de forma continua y en el segund
o de forma alterna.

Como ves, en los dos casos estamos desplazando los electrones, por lo que
transmitimos energía a través del cable, así que la podemos aprovechar
igualmente. Además, en unos casos nos será más fácil manejar o generar una u
otra. Por ejem
plo, en un coche o un teléfono móvil tenemos energía
almacenada en la batería, en forma de corriente continua. Sin embargo, en un
molino de aire o de agua, es más fácil conectar las aspas al eje de un generador
y conseguir corriente alterna.

Veremos que ca
da tipo
de corriente
tiene sus ventajas e inconvenientes, así
que en la práctica encontramos las dos trabajando conjuntamente. Por
ejemplo, en una vivienda tenemos la red eléctrica con corriente alterna,
mientras que los equipos electrónicos como el ordena
dor funcionan
internamente
con corriente continua.
El ordenador, como la mayoría de
equipos electrónicos, tiene una fuente de alimentación que se encarga de
convertir l
a corriente alterna en continua, además de adaptar su tensión. 20

(f)

Resistividad

Hemos habl
ado de conductores y aislantes, pero la realidad es que no existe un
conductor ni un aislante perfecto. Para que el electrón cambie de átomo es
necesario aplicar una fuerza, así que consideramos que un material es un buen
conductor cuando
se

establece una
corriente

aplicando poca fuerza
, y que es
un buen aislante cuando es necesario aplicar mucha. La
oposición que
presenta un material al paso de la corriente eléctrica
se denomina
resist
ividad
.

Por ejemplo, consideramos que el aire es un buen aislante, pero
durante una
tormenta podemos ver rayos que recorren varios kilómetros a través del aire.
Este es un ejemplo de corriente eléctrica, que surge gracias a la aplicación de
una gran cantidad de energía, capaz de provocar el desplazamiento de los
electrones ent
re los átomos del aire.

La resistividad se representa con la letra griega
ρ

(rho minúscula), y se mide
en
Ω
·m (ohmios por metro).Si necesitas
memorizar

la resistividad
exacta de cada
material, es suficiente
consultar alguna tabla de resistividad de los
materiales, de las que abundan en
Internet.

(g)

Resistencia eléctricaEn la práctica la resistividad no tiene mucho sentido práctico, más allá de la
elección de los materiales para fabricar determinados productos. Lo que
realmente nos interesa conocer y medir

es la
resistencia eléctrica
, que no es
más que la oposición al paso de la corriente de un objeto o circuito. Dicho
objeto tendrá una resistencia determinada en función de la resistividad del
material del que esté formado, además de su geometría. Cuanto má
s grueso y
corto, menor resistencia, y cuanto más delgado y largo, mayor resistencia.

Vamos a intentar no confundir resistividad con resistencia.

Lo explico con un
ejemplo: un cable de cobre con 1mm de diámetro tiene mayor resistencia al
paso de la corrien
te que otro de 10mm. Sin embargo, el material tiene siempre 21

la misma resistividad. Un cable de 1mm de cobre tiene menor resistencia que
otro cable de hierro del mismo diámetro, porque el hierro tiene una
resistividad mayor que el cobre. Así pues, recordare
mos que:

-

La
resistividad

es la oposición
que ofrece

un material determinado al
paso de la corriente eléctrica, siendo una propiedad
fija
del material.

-

La
resistencia

es la oposición de un elemento físico al paso de la
corriente eléctrica, dependiendo de va
rios factores como la
resistividad del material, su longitud y
su
sección.

La resistencia eléctrica de un material se puede medir. Los aparatos utilizados
son los óhmetros, se abrevia con la letra R y su unidad de medida es el
o
hmio
,
representado con la letra omega
Ω
. El nombre lo recibe de Georg Simon Ohm.

(h)

Conductividad

Es necesario conocer el concepto de la
conductividad
. Simplemente se trata de
la inversa de la resistividad, por lo que podemos definirla como la capacidad
de un mat
erial para dejar pasar la corriente eléctrica a través suyo. Es
simplemente otra forma de llamar al mismo fenómeno, igual que frío y calor.
En algunas aplicaciones resulta más práctico hablar de conductividad y no de
resistividad, por lo que es conveniente

recordar su significado.

La conductividad eléctrica se representa con la letra
griega
σ

(sigma
minúscula), y se mide en S/m (siemens por metro).

σ=1/

ρ y ρ=1/

σ

(i)

Tensión

o diferencia de potencial

Denominamos tensión a la
diferencia de potencial

o

fuerza que se aplica para
generar una corriente eléctrica. Digamos que es como la tensión de una cuerda
cuando tiramos para generar un movimiento. En el ejemplo de la pila, es la
diferencia
de carga entre el polo positivo y el negativo
. Cuanto mayor sea l
a
tensión, con más fuerza atraerá a los electrones. En el ejemplo del depósito de 22

agua, la tensión será la diferencia de altura entre las dos partes, comparable a
la presión, que también es proporcional a la altura. Así, cuando está circulando
la corriente

en los dos casos, a medida que pasa el tiempo la tensión
disminuye, porque las cargas se van equilibrando, hasta que se detiene la
corriente, entonces deja de haber tensión, al
quedar
en equilibrio.

La tensión
se representa mediante la letra V,
se mide en

voltios, con el
símbolo V. El nombre lo recibe de
Alessandro
Volta.

(j)

Intensidad o corriente

La
intensidad

es otra magnitud de la corriente

eléctrica
. A veces se confunde
con la tensión, pero vamos a intentar aclarar las diferencias.

En el caso de la pila,
si aplicamos un conductor más grueso, tendremos más
cantidad de átomos intercambiando electrones, por lo que la corriente será
mayor, desplazándose más electrones a la vez. En el caso del agua, el
equivalente sería el caudal, que aumentaría al utilizar una

tubería más ancha.

Diremos, para evitar confusiones, que la tensión es la fuerza que aplicamos
para generar la corriente, mientras que la intensidad es la cantidad de corriente
que recorre un conductor.

La intensidad se
representa con la letra I y se
mide

en amperios, con la letra A.
Recibe el nombre de André
-
Marie Ampère.

(k)

Ley de Ohm

La intensidad, la tensión y la resistencia están muy relacionadas
, hasta el
punto de ser proporcionales
. Por ejemplo, puedes aumentar la
corriente
eléctrica usando un material

de menor resistencia, más grueso, o utilizando
una pila de mayor tensión. Esta relación
proporcional
la definió Georg Simon
Ohm (1789
-
1854), con su famosa ley de Ohm, que es un conjunto de fórmulas
esenciales para cualquier electricista o electrónico:
23

V=
I·RR=V/II=V/R

V = Tensión en V

R = Resistencia en
Ω

I = Intensidad en A

Estas fórmulas son muy fáciles de recordar usando el gráfico nemotécnico de
la fig. 4. Tapando la V, I y R quedan al mismo nivel, por lo que se multiplican
;

tapando I, V queda sobre R,
como en una fracción,
por lo que se divide
n
, e
igual para la R.Fig. 4. Ley de Ohm

(l)

Potencia

La
potencia

es la energía de la electricidad. Por ejemplo, en los cables de alta
tensión que vemos por las ciudades o los campos, se
utilizan miles de voltios y
unos pocos amperios, porque la alta tensión genera menos pérdidas en su
transporte, y los cables pueden ser más delgados, siendo más fácil y
económica su instalación. Sin embargo, a las viviendas o industrias llega una
tensión d
e entre 110 y
40
0V, dependiendo del país y sus estándares. La
conversión entre un tipo de tensión y otra se realiza
mediante transformadores.
Aunque las tensiones e intensidades sean distintas, la
potencia
es la misma,
por lo que dichas magnitudes son prop
orcionales, así que
P
=V·I
. La potencia
eléctrica es el producto entre la tensión y la intensidad. Se representa mediante
la letra P, su unidad de medida es el
v
at
io, representado con la letra W, en
referencia a James Watt.
24

(m)

Frecuencia

En corriente alterna,
los electrones cambian el sentido del desplazamiento. La
velocidad a la que cambian de sentido es muy importante. Muchas
propiedades físicas varían en función de esta velocidad, a la que llamamos
frecuencia
. La frecuencia la medimos en her
c
ios (Hz)
,

por
He
inrich Rudolf
Hertz
, y su valor corresponde a las veces que los electrones toman el mismo
sentido durante un segundo. Por ejemplo, si los electrones
han ido y vuelto

treinta veces
durante un segundo
, la corriente tendrá una frecuencia de 30Hz.

En Europa, l
a frecuencia de la red eléctrica es de 50Hz. En Estados Unidos es
de 60Hz.

(n)

Aplicación de los conceptos explicados

Vamos a poner un ejemplo que reúna los conceptos explicados, para que
termines de entenderlo todo y te sea más fácil
recordarlo
.

En la fig. 5
aparecen esquemáticamente un generador a la izquierda y un
motor a la derecha. Como puedes ver, son idénticos.Fig. 5. Generador y motor interconectados.

Si hacemos girar el eje del generador, el imán girará con él, desplazando el
campo magnético en círc
ulos. El generador tiene tres bobinas. Cuando una
bobina pasa de tener delante el polo norte del imán a tener el polo sur, los
electrones de la bobina se desplazan en sentido contrario, y cuando el polo 25

norte vuelve a estar enfrente, los electrones cambian

de nuevo. Los electrones
de cada bobina circularán hacia el motor, pasando a través de la bobina de
éste. Cuando cambien el sentido en el generador, también lo harán en el
motor. El resultado es que el movimiento del imán del generador crea una
corriente
eléctrica que va y viene, y en el motor esa corriente eléctrica se
transforma en energía electromagnética que hace moverse al imán, así que el
giro del eje del generador hace girar el eje del motor.

Ahora tenemos un circuito eléctrico cerrado, porque el
generador y el motor
están conectados, y los electrones pueden circular libremente. Cuanto más
vueltas tenga cada bobina, mayor será la tensión, porque los electrones
pasarán más veces a través del campo magnético y adquirirán mayor energía
para moverse. C
uanto más grueso sea el cable, menor será su resistencia, y
cuanto mejor conductor sea el material, menor será su resistividad. Además, al
ser más grueso permitirá que lo atraviesen más electrones a la vez, así que
también será mayor la intensidad que circ
ule.

La frecuencia será proporcional a la velocidad de giro del generador, es decir
que si gira a 3000RPM (revoluciones por minuto), serán 50 vueltas por
segundo, o sea 50Hz. El motor girará a la misma velocidad.

(o)

Forma de onda

En el ejemplo de la pila, al
ser corriente continua, la tensión es estable, hasta
que la pila empieza a agotarse, entonces irá cayendo muy despacio hasta llegar
a cero. En corriente alterna, esto es totalmente distinto.

Si medimos la tensión en cada bobina de la fig. 5, veremos que la

tensión sube
y baja muy deprisa. Esto se puede representar gráficamente.
26Fig. 6.
Representación gráfica de la tensión a lo largo del tiempo

Imagina el imán del generador girando a cámara lenta. Cuando el imán se
encuentra con un polo de frente a la bobi
na, los electrones reciben toda la
fuerza del campo magnético, así que
s
on empujados hacia arriba. Conforme el
imán se va girando, desaparece el campo magnético, por lo que los electrones
vuelven a su sitio, desapareciendo la tensión. Entonces aparece el p
olo
contrario,

que hace que los electrones sean empujados hacia abajo. Poco
después el imán se cruza dejando de actuar contra los electrones, y volviendo
al punto de inicio.

Acabamos de describir lo que se conoce como
período

o
ciclo
, que es el
estado por
el que pasa la corriente antes de volver a repetirse. Este ciclo se
puede representar gráficamente

como en la fig. 6
, con un eje vertical que
indica la tensión y su sentido, y un eje horizontal que representa el tiempo.

Puedes ver que en la corriente conti
nua la tensión es la misma a lo largo del
tiempo, por eso aparece una línea recta. En el caso de la corriente alterna, la
línea tiene forma
sinusoidal
.

(p)

Corriente monofásica y corriente trifásica

Vemos en la fig. 5 que tenemos tres bobinas y tres cables uni
endo el generador
al motor. Este tipo de circuito se conoce como trifásico, porque
se generan tres
corrientes desfasadas entre sí
.
27Fig. 7. Corriente trifásica

En la fig. 7 aparece representada la
corriente trifásica
. Cada color corresponde
a la
corrient
e
de
un

conductor
, retrasada 60º respecto a la anterior. Esto sucede
porque el imán pasa por delante de cada bobina de forma secuencial cada 60º,
y cuando ha girado 180º, ya está de nuevo frente a la primera.

En los circuitos trifásicos se puede encontrar
otro conductor conocido como
neutro
, que no tiene potencial, y se utiliza como retorno de la corriente cuando
solamente se conecta una fase,

La corriente monofásica sería igual que la corriente alterna de la fig. 6.

(q)

Conexión en estrella o triángulo

Dependi
endo de cómo se conecten los cables al generador, la corriente se
obtendrá de formas distintas. Las dos posibles formas de conectar el generador
son la configuración en estrella y en triángulo. La forma más fácil de verlo es
con el dibujo de la fig. 8.

28

F
ig. 8. Configuración estrella y triángulo

Las tres bobinas son las mismas, pero se pueden conectar de dos formas
distintas. En el caso de la izquierda se trata de una configuración en estrella,
donde un extremo de cada bobina se une a un punto común que
co
rresponde al

polo
neutro, y los otros tres extremos corresponden a las tres fases. En la
figura de la derecha, se trata de una configuración en triángulo, donde los
extremos se unen entre sí, quedando tres fases, sin polo neutro.

Vamos a ver las diferencia
s. Supongamos que cada bobina genera una tensión
de 230V. En el caso de la configuración en estrella, entre cada fase y el neutro,
tendremos 230V. Sin embargo, entre dos fases, las tensiones se suman
geométricamente, es decir que no se sumarían
230+230=460
, sino que se
sumarían los valores de sus ondas. Imagina, viendo la fig. 7, que mides entre
las fases roja y verde. Debes trazar una línea vertical en cualquier punto, y
medir la distancia entre ambas líneas, y verás que el valor es inferior a la suma
de a
mbas. El valor de esta suma es de unos 400V. Por lo tanto, en una
configuración en estrella, tenemos tres fases y un neutro, con tensiones fase
-
fase de 400V y fase
-
neutro de 230V.

En el caso del triángulo, solo podemos medir entre fase y fase, porque no
ex
iste el neutro, así que las tensiones fase
-
fase son de 230V.

Se debe conocer bien el funcionamiento de estos dos sistemas, puesto que son
útiles en la práctica, sobre todo al trabajar con motores trifásicos y
transformadores.

(r)

Transformadores

Un
transformador es un dispositivo muy parecido a la combinación motor
-
generador, pero sin movimiento. Consta de una bobina primaria, por la que se
hace circular la corriente, generando un campo magnético sobre un núcleo
metálico, y una bobina secundaria, que

convierte este campo magnético en
corriente. La tensión puede ser igual en la entrada que en la salida, o distinta,
dependiendo de la cantidad de vueltas que dé cada conductor alrededor del
núcleo. Los valores de la tensión serán proporcionales al número
de espiras de 29

cada bobinado. Por ejemplo, si la bobina primaria tiene el doble de espiras que
la secundaria, la tensión a la salida será la mitad que a la entrada.

La potencia de los dos bobinados es
similar, aunque a la salida siempre será
algo
menor, dependiendo de las pérdidas que ocasiona la conversión, al
disiparse parte de la energía en forma de calor y ondas electromagnéticas.
Fig. 9. Transformador

Si aplicamos una tensión de 240V a la entrada, y el transformador tiene una
relación de e
spiras de 10:1, es decir diez veces más de espiras en el primario
que en el secundario, la tensión de salida será también la décima parte, es
decir 240/10=24V. Además, si conectamos una carga de 10W a la salida, la
potencia a la entrada será de 10W más las

pérdidas del transformador.
Supongamos que el transformador pierde 1W. El circuito consumirá la
potencia de la carga más la del transformador: 10+1=11W. Por lo tanto, la
corriente que circulará por el primario será de 11W/230V=0,048A o 48mA. La
intensidad

a la salida será de 10W/24V=0,417A
,

o 417mA. Al ser la corriente
menor a la entrada que a la salida, el hilo con el que se fabrica la bobina
primaria puede ser más delgado que el de la secundaria.

Debemos tener en cuenta la potencia máxima del transformad
or, porque si
aplicamos una carga mayor de la permitida por el fabricante, la corriente
excesiva dañará los bobinados.

El ejemplo del transformador nos demuestra por qué la red eléctrica distribuy
e
la corriente en alta tensión. Para alta tensión, con la mi
sma potencia, el cable
utilizado es mucho más delgado, con lo que se ahorra una gran cantidad de 30

material tanto en los cables como en los postes y conducciones. Sería
inimaginable hacer una instalación en una ciudad a baja tensión, porque los
cables deberí
an ser tan gruesos que no sería posible manipularlos.

Encontramos transformadores en casi cualquier parte. Desde los de alta
tensión para la distribución eléctrica,
e
n el interior de los electrodomésticos
,
incluso en los cargadores para teléfonos móviles
.Transformador
es

de alta tensión

refrigerado por aceite (izqda.), de alta tensión refrigerado por
aire (centro)

y de
electrodoméstico (dcha.)

Los transformadores pueden ser monofásicos o trifásicos, al igual que los
motores y generadores, y también se p
ueden conectar en estrella y triángulo. 31 Descarga el ebook completo, o
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