Electricidad plp

ELECTRICIDAD PATRÓN PORTUARIO
ELECTRICIDAD DEL PATRÓN LOCAL DE PESCA
ÍNDICE:
1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD.
1.1. PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA ELECTRICIDAD.
1.2. CARGA ELÉCTRICA
1.3. ELECTROSTÁTICA
1.3.1 1º LEY DE LA ELECTROESTÁTICA
1.4 LA CORRIENTE ELÉCTRICA
1.4.1 SENTIDO CONVENCIONAL DE LA CORRIENTE
1.5 MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
1.6 CIRCULACIÓN DE ELECTRÓNES POR UN CONDUCTOR
1.7 FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD
1.7.1 POR FRICCIÓN
1.7.2 POR REACCIONES QUÍMICAS
1.7.3 POR PRESIÓN
1.7.4 POR CALOR
1.7.5 POR LUZ
1.7.6 POR MAGNETISMO
2.0 MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE LA ELECTRICIDAD.
2.1 RESISTENCIA
2.2 INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA
2.3 VOLTAJE
2.4 POTENCIA
2.5 LEY DE OHM
2.6 PRIMERA LEY DE KIRCHOFF
2.7 SEGUNDA LEY DE KIRCHOFF
3.0 CIRCUITO SERIE
3.1 CIRCUITO PARALELO
3.2 TIPOS DE CORRIENTE, CC Y CA
3.2.1 CORRIENTECONTINUA
3.2.2 CORRIENTE ALTERNA
4.0 PROTECCIÓNES ELÉCTRICAS.
4.1 MAGNETOTÉRMICO.
4.2 FUSIBLES
5.0 LA BATERÍA
5.1 INTRODUCCIÓN GENERAL
5.2 ELEMENTOS QUE COMPONEN UNA BATERÍA PLOMO-ÁCIDO
5.3 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS
5.3.1 RECIPIENTE ESTANCO.
5.3.2 PLACAS Y SEPARADORES
5.3.3 ELECTROLITO
5.3.4 PUENTES DE UNIÓN
5.3.5 BORNES
5.3.6 TAPONES
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5.4 FUNCIONAMIENTO DE LA BATERÍA
5.5 ESTRUCTURA DE LA BATERÍA
5.6 ESTADO DE CARGA DE LA BATERÍA
5.6.1 MEDICIÓN A TRAVÉS DE VOLTÍMETRO
5.6.2 MEDICIÓN A TRAVÉS DE DENSÍMETRO
5.6.3 MEDICIÓN A TRAVÉS DE TESTER TIPO LÁPIZ
5.7 NIVEL DEL ELECTROLITO
5.8 CAPACIDAD
5.9 DESMONTAJE
5.10 LIMPIEZA
5.11 EL CIRCUITO DE CARGA
5.12 AUTODESCARGA
5.13 BATERÍAS SIN MANTENIMIENTO
5.14 EL CARGADOR DE BATERÍAS
5.15 RECARGA DE LA BATERÍA
5.15.1 RECARGA A TENSIÓN CONSTANTE
5.16 AVISOS Y NORMAS DE SEGURIDAD
5.17 PRIMEROS AUXILIOS
6.0 PRINCIPIOS DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
7.0 EL ALTERNADOR
7.1 FUNCIONAMIENTO
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1 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD.
La energía eléctrica forma parte de nuestras vidas, el desarrollo de la humanidad no se entendería hoy en
día sin la energía eléctrica y sus aplicaciones, ya que estamos rodeados de todo tipo de aparatos que
utilizan esta forma de energía que nos facilitan las tareas en el trabajo, hogar, ocio, etc.
Aunque durante los siglos XVII y XVIII varios científicos y físicos se dedicaban a avanzar en el estudio
sobre la electricidad, sería recién en el siglo XIX con las ecuaciones de Maxwell que se unificarían en
una teoría a la electricidad y al magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno.
El telégrafo y la iluminación (de calles y casas) fueron las primeras manifestaciones de estos estudios
que permitían de esta manera un aprovechamiento del mismo para mejorar la calidad de vida de los
seres humanos.
En este sentido, la electricidad puede aprovecharse de diferentes maneras para generar, al menos cuatro
recursos: luz (lámparas), calor (sistemas de calefacción), movimiento (motores) y señales (sistemas
electrónicos).
1.1 PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA ELECTRICIDAD.
La materia está constituida por moléculas. Las cuales, a su vez, están
formadas por otras partículas denominadas átomos y estos están
formados por tres partículas básicas: protones, neutrones y electrones.
Las dos primeras partículas se encuentran quietas en el núcleo y la
tercera se mueve en lo que denominaremos órbitas. Un buen símil es
nuestro sistema solar donde el sol está fijo en el centro y los planetas
(electrones) orbitan a su alrededor.
A nivel funcional, podemos convenir que los:
• Protones son partículas de carga positiva que se alojan en el núcleo.
• Neutrones son partículas ausentes de carga eléctrica que se alojan con los protones en el núcleo y por
tanto no son de utilidad para nosotros.
• Electrones: son partículas de carga negativa que se distribuyen alrededor del núcleo en determinadas
capas denominadas niveles
Como dijimos los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas que estarán más cerca o más lejos del
núcleo según posean más o menos energía. La energía de cada electrón depende de la órbita en la que se
encuentre.
Un átomo se considera eléctricamente neutro cuando tiene el mismo número de cargas positivas
(protones) y de cargas negativas (electrones).
1.2 CARGA ELÉCTRICA (Q)
A la cantidad de electrones que posee un cuerpo se le denomina carga eléctrica. Luego, la carga de un
cuerpo puede expresarse como un múltiplo de la carga de un electrón.
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La unidad en el Sistema Internacional de la carga eléctrica es el culombio o coulomb (C) que equivale a
6,24 ˑ 1018
ē, por lo que la carga del electrón será: ē = 1,6 ˑ 10-19
C
1.3 ELECTROSTÁTICA
Es el estudio de las propiedades e interacciones entre los cuerpos electrizados, en reposo.
1.3.1 1º LEY DE LA ELECTROSTÁTICA
Al analizar las cargas debemos tener en cuenta una ley fundamental:
Dos cargas eléctricas de igual signo se rechazan y de signos
contrarios se atraen.
1.4 LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a
través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la
fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
En un circuito eléctrico cerrado la corriente circula siempre del polo negativo al polo positivo de la
fuente de fuerza electromotriz (Batería).
1.4.1 SENTIDO CONVENCIONAL DE LA CORRIENTE
Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido de circulación de la corriente eléctrica
por un circuito es del polo positivo al negativo de la fuente. Ese
planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones
de la física y fue debido a que en la época en que se formuló la teoría
que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los
metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o de las
cargas negativas.
Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y
que disponían de carga eléctrica (negativa), se descubrió también que
eran estos los que se movían por medio de una Fuerza Electromotriz
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del signo negativo (–) hacia el positivo (+).
Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad
científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo,
de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la
práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se
refiere.
1.5 MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES.
En función de si un material específico transmite con mayor o menor facilidad la corriente
eléctrica, hablamos de conductores y de aislantes, se basa en la estructura atómica de los materiales.
Definiremos como materiales conductores cuando los átomos que tienen electrones en las órbitas más
externas necesitan poca energía para salirse de éstas, de hecho, estos átomos “comparten” estos
electrones con otros átomos cercanos.
Los materiales que mejor conducen la corriente son los materiales de tipo
metálico están formados por átomos que contienen pocos electrones en su
nivel más externo; los átomos están cercanos unos de otros, de forma que
esos electrones externos están compartidos por todos los átomos, lo que
explica la conductividad eléctrica, y también las propiedades típicamente
metálicas, como la ductilidad, la maleabilidad y el brillo.
No todos los metales conducen la corriente con la misma facilidad: el
mejor conductor conocido es la plata, seguido de cerca por el cobre, y algo
menos el oro y el aluminio. Lógicamente, el alto precio de los metales preciosos
como la plata hacen inviable su uso como conductores de amplio uso, por lo que
se utiliza habitualmente el cobre.
En los casos en los que se necesita menos peso, se pone aluminio, que aunque presenta una
conductividad menor que el cobre, es bastante más ligero. Los demás metales, como el hierro, el acero,
el latón, etcétera, conducen peor la electricidad, es decir, oponen más resistencia al paso de la corriente y
generan muchas más pérdidas por calor.
Hablaremos de materiales aislantes cuando los electrones de los átomos están fuertemente
ligados a su órbita, siendo muy difícil o prácticamente imposible sacarlos de ella es decir un material
que no permite el paso de corriente a su través.
Los átomos no comparten los electrones entre sus órbitas por lo cual no existe desplazamiento de
éstos. Aislantes naturales son la madera o todos los materiales pétreos y artificiales los plásticos.
1.6 CIRCULACIÓN DE ELECTRONES POR UN CONDUCTOR
Si se toma un conductor formado por una hilera de átomos de un
material conductor como el cobre (Cu), se podría apreciar cómo se
mueven los electrones por el conductor gracias a su “movilidad” de una
órbita a otra.
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Con dicha circulación electrones se mueven a través del material conductor, consiguiendo así la
circulación de corriente eléctrica.
1.7 FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD
Veamos las distintas formas que existen de generar electricidad:
1.7.1 POR FRICCIÓN
Una carga eléctrica se produce cuando se frotan uno contra otro dos pedazos de ciertos materiales por
ejemplo, seda y una varilla de vidrio, o cuando se peina el cabello.
Estas cargas reciben el nombre de electricidad estática, la cual se produce cuando un material transfiere
sus electrones a otro.
Algunos ejemplos son:
El roce de las nubes con el aire.
La piel con la pantalla del televisor.
Frotar un peine plástico sobre el cabello seco.
1.7.2 POR REACCIONES QUÍMICAS
Las sustancias químicas pueden combinarse con ciertos metales para iniciar una reacción química en la
cual habrá transferencia de electrones. El proceso se basa en el principio de la electroquímica.
1.7.3 POR PRESIÓN
Cuando se aplica presión a algunos materiales, la fuerza
de la presión pasa a través del material a sus átomos,
desalojando los electrones de sus orbitas y
empujándolos en la misma dirección que tiene la fuerza
Piezoelectricidad es el nombre que se da a las cargas eléctricas producidas por el efecto de la presión, es
decir, convierten la energía mecánica en energía eléctrica al ser sometidos a presión o vibraciones.
El efecto es más notable en los cristales, como el cuarzo, sales de Rochelle y ciertas cerámicas. Los
cristales piezoeléctricos tienen aplicaciones en la industria como el registro de niveles de ruido y
la detección de cambios de presión.
1.7.4 POR CALOR
Al dar calor a ciertos materiales se forma una carga. Usaremos esta
carga para producir una tensión.
El componente que produce energía eléctrica a partir de la energía
calórica se llama termopar y está formado por dos metales
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diferentes, por ejemplo, níquel y latón, produciendo entre los dos una fuerza electromotriz (FEM). Los
termopares tienen varias aplicaciones en el hogar y en la industria, se usan en termómetros, controles de
temperatura en hornos y alarmas contra incendios, etc.
1.7.5 POR LUZ
La luz en sí misma es una forma de energía y muchos científicos la
consideran formada por pequeños paquetes de energía llamados
fotones. Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden sobre un
material, liberan energía la cual libera electrones de los átomos.
Materiales tales como potasio, sodio, cesio, litio, selenio, germanio,
cadmio y sulfuro de plomo, reaccionan a la luz.
1.7.6 POR MAGNETISMO
Todos conocemos los imanes, y los han manejado alguna que otra
vez. Por lo tanto, podrá haber observado que, en algunos casos, los
imanes se atraen y en otro caso se repelen. La razón es que los
imanes tienen campos de fuerza que actúan uno sobre el otro
recíprocamente.
La fuerza de un campo magnético también se puede usar para
desplazar electrones. Este fenómeno recibe el nombre de
magnetoelectricidad.
2.0 MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE LA ELECTRICIDAD.
En la física se entiende por magnitudes, las mediciones de las propiedades de los cuerpos así
como procesos o estados. En electricidad son necesarias cuatro magnitudes que vamos a ver a
continuación:
2.1 RESISTENCIA
Es una propiedad que presentan los materiales y se define como la
dificultad que opone un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Se mide
en ohmios y se representa por la letra omega (Ω).
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es
el galvanómetro que, calibrado en ohmios, se llama óhmetro u ohmímetro.
Los materiales que presentan una gran oposición al paso de la electricidad
reciben el nombre de aislante, y en consecuencia tienen una elevada resistencia eléctrica. Por el
contrario, llamamos conductores a los materiales que apenas oponen resistencia al paso de la
corriente. Recordar el apartado 1.5
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2.2 INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA ( I )
Se define como la cantidad de carga eléctrica (Q en culombios) que pasa por un conductor en la
unidad de tiempo, se mide en segundos. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente
electrones) por el interior del material.
I = Q / t
En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en amperios (A) y
diremos que por un conductor pasa una corriente de 1 amperio cuando circula
una carga de 1 culombio en 1 segundo. Otros múltiplos son el kiloamperio
(KA) que corresponde con 1000 A y el miliamperio (mA) que son 0,001 A .
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el
galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor
cuya intensidad se desea medir.
2.3 VOLTAJE O TENSIÓN (V)
Representa la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito eléctrico. En otras
palabras, el voltaje es el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula
para que ésta se mueva de un lugar a otro.
El voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los
electrones a lo largo de un conductor.
En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en voltios (V). Otros
múltiplos son el kilovoltio (KV) que equivale a 1000 V y el milivoltio (mV)
que corresponde a 0,001 V.
El instrumento usado para medir la tensión ó voltaje se llama voltímetro,
colocado en extremos del componente que se desea medir.
Voltaje y voltio son términos en homenaje a Alessandro Volta, que en 1800 inventara la pila voltaica y
la primera batería química.
Algunos ejemplos de voltajes en nuestras vidas son el de una neurona (75 mV), una batería o pila no
recargable alcalina (1,5 V), una recargable de litio (3,75 V), el sistema eléctrico del automóvil (12 V), la
electricidad en una vivienda (230 en Europa, Asia y África, 120 V en Norteamérica), el riel de un tren
(600 a 700 V), una red de transporte de electricidad de alto voltaje (110 kV) y un relámpago (100 MV).
2.4 POTENCIA ELÉCTRICA
La potencia eléctrica (P) es la capacidad que tiene un aparato para
transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía. Cuanto más
rápido sea capaz de realizar esta transformación mayor será la
potencia del mismo. Podemos definirla también como el trabajo (T)
realizado en la unidad de tiempo (t).
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La potencia eléctrica en función de la tensión y la intensidad eléctricas es : P = V ˑ I
Se mide en vatios y se representa por la letra W en honor al inventor de la máquina de vapor (Watt).
Submúltiplo de esta unidad es el kilovatio (KW) que equivale a 1000 W y el milivatio (mW) que vale
0,001 W
Hablaremos que cuando a un receptor le aplicamos 1 voltio y le hacemos pasar 1 amperio este consume
la potencia de 1 vatio.El instrumento usado para medir la potencia se llama vatímetro.
En mecánica se utiliza como unidad de potencia el caballo de vapor ( CV ) que difiere del caballo
anglosajón ( HP ) (Horse Power) en: 1 CV = 736 W y 1HP = 746 W
Para ayudarnos de estos conceptos hasta aquí estudiados podemos hacer una semejanza con los
sistemas hidráulicos como el indicado en la siguiente figura
comparativa de un sistema hidráulico a uno eléctrico.
2.5 LEY DE OHM.
La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm
(figura derecha), estableció que la intensidad de la corriente I que circula por un
conductor es proporcional a la diferencia de potencial V que aparece entre los
extremos del citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de
resistencia eléctrica R; esta es el coeficiente de proporcionalidad que aparece en
la relación entre la intensidad y la tensión:
Las unidades que corresponden a estas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son,
respectivamente, I en amperios (A), V en voltios (V) y R en ohmios (Ω).
Cuantificó la resistencia, por ello la unidad de resistencia eléctrica se denominó “Ohmio “en su honor.
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2.6 PRIMERA LEY DE KIRCHOFF O DE NODO
En cualquier nodo, que es el punto del circuito donde se unen mas de un terminal de un componente
eléctrico, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen.
De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que entran y salen por el nodo es igual a cero
Por ejemplo en la figura de la derecha se verifica:
i2 + i3 = i1 + i4
2.7 SEGUNDA LEY DE KIRCHOFF O DE MALLAS
En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total
suministrada por todos los generadores existentes. De forma equivalente, la suma algebraica
de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.
3.0 CIRCUITO SERIE
En un circuito de resistencias en serie podemos considerar las siguientes propiedades o características:
La intensidad de corriente que recorre el circuito es la misma en todos los componentes.
La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada. ( 2ª ley de Kirchoff)
Vg = V1 + V2 + V3 + ……+ Vi
Donde Vg es la tensión aplicada y Vi son las distintas caídas de tensión. Cada una de las caídas de
tensión, la calculamos con la Ley de Ohm.
Vi = I x Ri
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Donde Vi es la caída de tensión, I es la intensidad y Ri es la resistencia considerada.
La resistencia equivalente del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.
Req = R1 + R2 + R3 + ….. Ri
Donde Req es la resistencia equivalente del circuito serie y Ri son las distintas resistencias que
componen el circuito. La resistencia equivalente es mayor que la mayor de las resistencias del circuito.
La intensidad total del circuito la calculamos con la Ley de Ohm:
I = Vg / Req
Donde I es la intensidad, Vg es la tensión aplicada y Req es la resistencia equivalente del circuito serie.
Dadas estas características, decir que este circuito también recibe el nombre de divisor de tensión.
3.1 CIRCUITO PARALELO
En un circuito de resistencias en paralelo consideramos las siguientes propiedades:
La tensión es la misma en todos los puntos del circuito.
A cada uno de los caminos que puede seguir la corriente eléctrica se le denomina "rama".
La suma de las intensidades de cada rama nos da la intensidad total del circuito, coincide con la que sale
de la pila. (1ª ley de Kirchoff)
It = I1 + I2 + I3 + …….Ii
Donde It es la intensidad total e Ii son las intensidades de cada rama.
La inversa de la resistencia equivalente del circuito paralelo es igual a la suma de las inversas de las
resistencias.
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +…. 1/Ri
Donde Req es la resistencia equivalente del circuito paralelo, y Ri son las distintas resistencias de cada
rama.
Si particularizamos para el caso de tener sólo dos resistencias: Req = (R1 x R2) / (R1 + R2)
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La resistencia equivalente es menor que la menor de las resistencias del circuito. Las intensidades de
rama las calculamos con la Ley de Ohm.
Ii = Vg / Ri
Donde Ii es la intensidad de cada rama, Vg es la tensión de la f.e.m. y Ri es la resistencia de la rama.
Dadas estas características, decir que este circuito también recibe el nombre de divisor de intensidad.
3.2 TIPOS DE CORRIENTE
Existen dos tipos de corriente en electricidad: corriente continua y corriente alterna.
3.2.1 CORRIENTECONTINUA.
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés
DC, direct current) al flujo de cargas eléctricas que no
cambia de sentido con el tiempo.
La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las
dinamos. Su descubrimiento se remonta a la invención de la
primera pila por parte del científico italiano Alessandro
Volta.
La corriente continua se mide entre dos conductores denominados positivo (+) y negativo (-),
encontrando en una instalación dichos conexionados con los colores rojo y negro respectivamente.
En los extremos de los generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo, por
ejemplo si una pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12
voltios (a no ser que la pila este gastada y tenga menos tensión). Además de estar todos los receptores a
la tensión de la pila, al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el
circuito es siempre constante (mismo número de electrones) y no varia de dirección de circulación,
siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo + y el negativo − son siempre los
mismos.
3.2.2 CORRIENTE ALTERNA
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, Alternating Current) a la
corriente eléctrica en la que su magnitud y dirección varían periódicamente.
La corriente alterna tiene forma de onda senoidal y es la corriente más utilizada en el
mundo naval y terrestre. La máquina que genera este tipo de corriente se denomina
alternador y fué ideado en el año 1882 por el físico, matemático, inventor e
ingeniero Nikola Tesla (foto derecha) .
Con este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo y por tanto variará
también la tensión generada en la forma de onda senoidal (ver gráfica debajo).
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Es tan rápida esta onda que los receptores no lo aprecian.
La corriente alterna se mide entre dos polos denominados
fase y neutro, el polo que lleva la corriente se denomina fase
y el polo que hace de retorno de la corriente se denomina
neutro.
Para poder identificar cual el es polo que lleva la fase y el
que lleva el neutro el Reglamento Electrotécnico de Baja
Tensión los distingue por medio de unas siglas, siendo para
la fase ó fases las siglas ( R, S y T) y la letra (N) para el polo
neutro (existen sistemas de más de una fase el más utilizado en el mundo de la distribución eléctrica
consta de tres fases y se le llama “sistema trifásico”) asimismo identifica los conductores eléctricos
(cables) por medio de un color, siendo el cable que lleva la fase o fases de color marrón, negro o gris y
el cable del neutro de color azul. El cable de toma de tierra es de color amarillo con bandas verdes.
4.0 DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA
Veamos las diferentes protecciones más usadas en los circuitos eléctricos.
4.1 MAGNETOTÉRMICO.
Es un dispositivo utilizado para la protección de circuitos eléctricos
contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitución de los fusibles.
Tienen la ventaja frente a los fusibles que
no hay que reponerlos.
Cuando desconectan el circuito debido a
una sobrecarga (térmico) o un
cortocircuito (magnético), se rearman de
nuevo y siguen funcionando.
4.2 FUSIBLES.
Es un dispositivo que se coloca en serie con el circuito eléctrico en cuestión, y tiene como misión cortar
el paso de corriente cuando se supera un valor de
intensidad para el que está calculado. Está
compuesto por un hilo conductor fabricado de una
aleación con un punto de fusión más bajo que los
conductores.
El principio de funcionamiento se basa en que al
circular por el circuito una intensidad más elevada
que la intensidad nominal del fusible, el hilo
conductor del fusible empieza a aumentar la
temperatura en orden a la intensidad que está
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pasando por el circuito, mas intensidad mas temperatura, hasta que alcanza el punto de fusión del hilo
conductor, rompiéndose y abriendo el circuito, es decir, cortando el paso de la corriente que circula por
el circuito.
Se fija al cuadro eléctrico por medio de una base llamada portafusible.
5.0 LA BATERÍA
5.1 INTRODUCCIÓN GENERAL.
La necesidad de que ciertos dispositivos eléctricos puedan funcionar independientemente de que genere
tensión o nó el generador del barco hace la necesidad de almacenar la carga eléctrica, suministrar a
consumidores esenciales como el motor de arranque, sistema de alarmas, central de contraincendios,
etc... es de las funciones más importantes.
Este almacenamiento de energía eléctrica es el trabajo que lleva a cabo la batería y lo consigue por
procedimientos electroquímicos, es decir por medio de reacciones químicas que se transforman en
energía eléctrica.
5.2 ELEMENTOS QUE COMPONEN UNA BATERÍA PLOMO-ÁCIDO
Una batería está compuesta de los siguientes elementos:
Un recipiente estanco.
Placas de dióxido de plomo (PbO2).
Placas de plomo (Pb).
Separadores aislantes.
Electrolito.
Puentes de unión.
Dos bornes (positivo y negativo).
Tapones.
5.3 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS
5.3.1 RECIPIENTE ESTANCO.
Cuba ó recipiente hermético hecho de material de aislamiento resistente al ácido (polipropileno) y en
cuyo interior van a ir localizados todos los elementos que componen la batería incluido el electrolito.
5.3.2 PLACAS Y SEPARADORES
Existen dos tipos de placas dentro de la batería: placas de bióxido de
plomo (PbO2) y placas de plomo (Pb).
Las placas de bióxido de plomo serán las positivas y las placas de
plomo serán las negativas.
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Los separadores sirven para evitar que las placas positivas entren en contacto con las negativas, son
aislantes de polietileno.
5.3.3 ELECTROLITO
Es una solución compuesta de ácido sulfúrico ( SO4 H2) rebajado con agua (H2O) que actúa
sobre las placas.
5.3.4 PUENTES DE UNIÓN
Tanto las placas positivas como las negativas se conectarán entre sí
mediante unas barras ó láminas conductoras que llamaremos puentes de
unión.
5.3.5 BORNES
Existen dos bornes o terminales de salida en la batería, uno será el polo positivo y el
otro el polo negativo. En ellos conectaremos los diferentes elementos eléctricos
(lámparas, motores, etc...) a través de ellos sale la corriente eléctrica almacenada y a
través de ellos recargaremos la batería.
Identificar correctamente los bornes es muy importante ya que equivocarse en la
conexión de los polos puede provocar daños a la batería y por ende al circuito que alimenta.
El borne positivo lleva marcado el signo (+) y el borne negativo el signo (-); el borne positivo es
mayor que el negativo y en otros casos el borne positivo lleva una funda plástica de color rojo.
5.3.6 TAPONES
Retirándolos podemos verificar el nivel de la batería, rellenar de agua destilada los diferentes
acumuladores si es preciso y además podremos medir el
nivel de electrolito que nos dará la cantidad de carga de
que se dispone.
Disponen de unos pequeños agujeros para poder
evacuar los gases acumulados por la reacción química al
exterior.
5.4 FUNCIONAMIENTO DE LA BATERÍA
Si dentro de un recipiente estanco colocamos las placas estudiadas y las
sumergimos en el electrolito habremos conseguido fabricar lo que en
química se llama una pila y que no es más que un acumulador de
electricidad.
Si a los extremos de ambas placas le colocamos las puntas del voltímetro
veremos que la primera (la placa de bióxido de plomo) nos dá tensión
positiva y la segunda (la placa de plomo) tensión negativa.
Si conectamos una pequeña carga (consumidor), entre los extremos de
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ambas placas, por ejemplo una lámpara, veremos que empieza a circular una pequeña corriente desde el
extremo de una (-) hacia el extremo de la otra (+) iluminándose la lámpara.
Se ha generado una reacción química la cual se produce entre el ácido sulfúrico, el agua y las diferentes
placas, de tal forma que según la energía eléctrica se va consumiendo esta reacción va empobreciéndose
cada vez más; el ácido contenido en el recipiente reacciona con las placas de plomo y bióxido de plomo
y se van formando sobre ellas sulfato de plomo (PbSO4) acumulándose sobre las placas, hasta que llegue
el momento de la descarga total, diremos que las placas están recubiertas de sulfato de plomo y el
electrolito está muy empobrecido en ácido.
Si efectuamos la operación al revés, es decir, en vez de sacar energía eléctrica del acumulador lo que
hacemos es introducir en ella energía, el acumulador funciona al revés, la corriente eléctrica que recibe
el acumulador descompone el sulfato de plomo y deposita el ácido sulfúrico en el electrolito para volver
a la situación inicial.
5.5 ESTRUCTURA DE LA BATERÍA
Al conjunto de placas positivas, negativas y electrolito forman un acumulador. Este acumulador que
hasta ahora hemos estudiado solamente puede alcanzar una tensión de 2,10 voltios. Por muchas más
placas positivas y negativas que pongamos no por ello vamos a conseguir aumentar el valor de tensión.
Esta tensión no nos sirve para la mayoría de los consumidores que disponemos a bordo es por ello que
para poder obtener los 12 voltios se precisa montar en serie acumuladores, de modo que la tensión del
primero se sume a la del segundo y la de éste a la del tercero y así sucesivamente, de este modo uniendo
seis acumuladores podremos contar con 12,6 voltios. A esto se le denominará “conexión serie”.
De este modo, uniendo tres acumuladores podemos obtener 6,3 voltios y uniendo seis acumuladores
podemos obtener 12,6 voltios, a esto lo llamaremos una “batería de acumuladores”, ó de forma más
común una “batería”.
5.6 ESTADOS DE CARGA DE LA BATERÍA
La tensión de la batería varía según su estado de carga, y existen varios métodos para verificarla:
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5.6.1 MEDICIÓN POR VOLTÍMETRO
Para la medición necesitaremos un voltímetro bastante preciso ya que diferencias de décimas de voltio
nos pueden indicar un valor u otro. Los valores que tendremos que tener en cuenta por lo menos son:
ESTADO DE CARGA
(%)
VOLTAJE
(voltios V)
100,00% 12,50 V
80,00% 12,35 V
50,00% 12 V
0,00% 11,50 V
5.6.2 MEDICIÓN POR DENSÍMETRO
La reacción química que se produce en el interior de la batería determina un cambio químico en la
composición del electrolito, por tanto conociendo el peso específico del electrolito podemos conocer el
estado de carga de la batería, de tal forma que si el acumulador se encuentra totalmente cargado el peso
específico del electrolito será máximo, disminuyendo a medida que se descarga.
Para la medición necesitaremos un densímetro, el cual sólo pesa el ácido que contiene la batería.
Los valores que tendremos que tener en cuenta al menos son:
ESTADO DE CARGA (%) DENSIDAD
100,00 1,3
50,00 1,25
0,00 1,11
Este densímetro está provisto de una boquilla (2), un flotador (3) y una pera de goma (1). Si
introducimos la boquilla en el acumulador a través del tapón de aireamiento con la pera de goma
previamente presionada y la soltamos absorberá el electrolito, el flotador está provisto de unos
contrapesos (4) que lo mantienen sumergido al aspirar sólo agua destilada y según la concentración
(peso) de ácido el flotador empezará a flotar de tal forma que cuanto mayor es el peso del ácido más
flotará y mayor será el índice de lectura según una escala graduada (5) que tiene el propio flotador.
La medición con un densímetro tiene mayores ventajas que con el voltímetro porque conocemos el
estado de cada uno de los acumuladores, esto es importante porque una batería que disponga de cinco
acumuladores en buen estado y uno de ellos deteriorado no funcionará correctamente y esto no la
podemos detectar con el voltímetro.
La densidad de los distintos acumuladores debe ser muy parecida en caso de que exista diferencia
importante lo que denotará es que ese acumulador está defectuoso.
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La medida de la densidad del electrolito no debe hacerse recién cargada la batería ya que el electrolito
varía su estado de densidad en función de la temperatura y nos daría una medida más baja de la real por
estar caliente el electrolito. Al medir la densidad del electrolito hay que tener cuidado ya que es rico en
ácido sulfúrico y es muy peligroso. Una vez que hayamos determinada la densidad el electrolito se
devolverá al acumulador correspondiente.
5.6.3 MEDICIÓN A TRAVÉS DE TESTER TIPO LÁPIZ
Están construidos de forma que disponen de luces que se encienden según el estado de carga de la
batería, sin necesidad de disponer de un voltímetro de precisión.
5.7 NIVEL DEL ELECTROLITO
En algunas baterías el nivel máximo y mínimo queda indicado en el
mismo recipiente por medio de unos indicadores, en caso de no
disponer de estos indicadores se añadirá agua destilada hasta 10
milímetros por encima de las placas.
5.8 CAPACIDAD
La capacidad que puede almacenar una batería determina la intensidad de corriente que la batería puede
proporcionar esto es es la cantidad de fuerza eléctrica que una batería consigue suministrar. Es el
producto de la corriente y del tiempo y por tanto se mide en (amperios-hora, Ah).
Viene relacionada con el número de placas que tiene así como de la superficie de que disponen las
placas. Cuantas más placas disponga y mayor sean las superficies más cantidad de corriente es capaz de
almacenar y por tanto mayor es su capacidad.
Si una batería nos dice que tiene una capacidad de 45 Ah quiere decir que cargada al 100% necesitaría
20 horas para descargarse proporcionando una corriente constante de 2,75 Amperios.
5.9 DESMONTAJE
Cuando tengamos que cargar la batería ó sustituirla por haber llegado al fin de su vida
útil ó por deterioro de la misma deberemos desconectarla y desmontarla de donde se
encuentra fijada.
En la operación de desconexión por norma general empezaremos por el cable que
haga de masa. En caso de duda se consultará con el fabricante del equipo.
En el modelo más común de terminal al pasar el tiempo se suele quedar
agarrotado al borne con lo que para facilitar su desmontaje actuaremos con un
destornillador de derecha a izquierda pero nunca de abajo hacia arriba porque podemos romper ó
desprender el borne que se encuentra soldado a las placas, en caso de no poder sacarlo se procederá a
retirarlo por medio de un extractor universal.
Las baterías donde se vayan a instalar deben estar bien sujetas, en barcos que requieran instalación de
muchas baterías, se suelen instalar en la sala máquinas ó en el sobrepuente y se suelen introducir en un
cajón que suele ser de diversos materiales, siendo los mas comunes de hierro y de fibra de vidrio y las
baterías en su interior se suelen sujetar pegando unas con otras y el espacio que queda se calza por
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medio de tacos de madera en cuña para que queden estáticas y no puedan moverse. ¡Cuidado no apilar
las baterías unas sobre otras¡.
Cuando se retire la batería siempre se deberá mantener en posición horizontal para que no se pueda salir
el electrolito a través de los tapones.
A la hora del montaje se procederá de forma inversa a la del montaje, es decir empezaremos por el polo
positivo y luego con el negativo.
5.10 LIMPIEZA
Debemos tener especial cuidado con el mantenimiento de la batería ya
que el trabajar a media carga y no reponerla acelera el proceso de su vida
útil de la misma, por tanto no dejaremos que se descarguen demasiado ya
que recortamos su vida útil.
La formación de sales trepadoras (polvillo de color blanco) que se va generando en los bornes hace que
se produzcan falsos contactos entre el terminal y el borne.
Con un cepillo espiral de púas metálicas podemos rascar el interior de los
terminales, y limpiar asi mismo los bornes, si hubiera corrosión sobre la base se
rascará con el cepillo terminando la limpieza con un trapo.
Es recomendable no olvidarse del cable de masa donde se une al chasis, con el
tiempo la corrosión dificultad el contacto.
5.11 EL CIRCUITO DE CARGA
Cuando el motor está parado el circuito eléctrico dispone de energía gracias a la batería y por ello puede
accionarse el motor de arranque, alumbrado, etc... sin que esté recibiendo carga del alternador.
Conectaremos la batería en paralelo con el alternador y estos a la vez con el circuito de carga. Cuando
el motor está parado es la batería la que suministra energía al circuito. Cuando el alternador comienza a
girar pero su tensión es insuficiente, la batería sigue cediendo energía, cuando el alternador genera la
suficiente tensión incluso por encima de la de la batería, además de suministrar al circuito de carga
manda corriente a la batería para reponer la gastada.
La batería además ejerce una función de estabilizar la tensión, de modo que suple las deficiencias que el
alternador y su regulador puedan tener.
5.12 AUTODESCARGA
Todas las baterías con ácido se auto-descargan, tanto si son usadas como si son almacenadas.
Aunque ningún consumidor esté conectado a la batería, las reacciones químicas siguen ocurriendo,
como en un circuito eléctrico interno cerrado. La auto-descarga es causada por impurezas como el
antimonio.
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5.13 BATERÍAS SIN MANTENIMIENTO
Las baterías “sin mantenimiento” son a las que no hay que añadir agua destilada al electrolito, el agua no
puede evaporarse y por supuesto no hay acceso al electrolito, por lo que para conocer su estado de carga
no queda otro remedio que utilizar el voltímetro. Funcionan de la misma forma que una convencional.
Todas las celdas son cubiertas y selladas por una tapa la cual a su vez es también sellada de forma
permanente al recipiente. La forma de cargar estas baterías es del mismo modo que las estudiadas hasta
ahora.
Como todo proceso químico se produce una cantidad aunque pequeña de gases es por lo que en la tapa
superior hay un un orificio lateral de ventilación.
Existen modelos de este tipo de baterías que disponen de un marcador ó indicador al lado de la tapa
para indicar su estado de carga, mostrando el color verde para dar un estado de carga satisfactorio y a
medida que se va descargando se va desplazando del color negro hacia el blanco .
Las aleaciones de las rejillas se clasifican en plomo-calcio (PbCa) y plomo-calcio-plata (PbCaAg). Esta
última es frecuentemente llamada calcio-plata. El consumo de agua se reduce y, consecuentemente, el
electrolito no necesita ser repuesto durante toda su vida útil.
Una batería de arranque 100% libre de mantenimiento con tecnología plomo-calcio-plata posee una
potencia de arranque mayor (aproximadamente un 30% mayor) que la batería convencional.
Mientras las baterías libres de mantenimiento todavía se encuentran arriba del valor nominal después del
75% de su vida útil, las baterías convencionales caen por debajo de ese valor mucho antes (después de
aproximadamente un 40% de su vida útil). Las baterías plomo-calcio poseen una vida útil 1,4 veces
mayor y las baterías plomo-calcio-plata, una vida útil 3 veces mayor que las baterías convencionales.
En resumen, la batería 100% libre de mantenimiento se caracteriza de la siguiente manera:
1.- Libre de mantenimiento durante toda su vida útil. Los valores de desempeño y las características de
recarga permanecen lo más constante posible durante toda su vida útil.
2.- El voltaje de recarga sólo sobrepasa el voltaje de gasificación en altas temperaturas. Eso significa que
la gasificación (consumo de agua) raramente ocurre y, así, no es necesario reponer agua destilada
durante prácticamente toda su vida útil.
3.- Se elimina el problema de olvidarse de la reposición de agua destilada.
5.14 EL CARGADOR DE BATERÍAS
La operación de carga de la batería, esta función la realiza el cargador, que
transforma la corriente alterna de la red en corriente continua para la batería.
Se compone básicamente de un transformador con varias tomas, para reducir
la tensión de alterna que alimenta la batería, un puente de diodos para
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rectificar la corriente en continua y finalmente un amperímetro para visualizar la intensidad de carga y
un fusible para protección.
Viene con un enchufe desde donde tomaremos corriente de la red y dos terminales (positivo y negativo)
para conectar a los bornes de la batería. Conectaremos el cable positivo del cargador con el borne
positivo de la batería y el cable negativo del cargador con el borne negativo de la batería.
En la mayoría de los cargadores disponemos de un conmutador para seleccionar el nivel de carga que
necesitaremos acorde a la batería a recargar.
5.15 RECARGA DE LA BATERÍA
Para poder recargar la batería necesitaremos conocer el estado de carga actual para establecer el número
de horas que la batería estará en la carga para restablecerla a su nivel de máximo.
En las baterías convencionales se deberán sacar los tapones y reponer de agua destilada (o ionizada).
Poner en el mismo circuito solamente baterías de la misma capacidad y mismo estado de carga.
5.15.1 RECARGA A TENSIÓN CONSTANTE
Es el sistema más práctico y usual de carga. Este sistema mantiene la tensión constante durante todo el
proceso de carga y es la intensidad la que va disminuyendo a medida que se va cargando la batería.
La intensidad debe ser limitada a 25 A y la tensión debe estar entre los (14 ÷ 14,5) voltios es decir
similar al de un alternador de carga de batería, la intensidad será la más adecuada a la que represente
una veinteava parte del valor de la capacidad de la batería en Ah..
Ejemplo: Queremos cargar una batería de 45 Ah que se encuentra al 50% de carga. Calcular la
intensidad apropiada y el tiempo necesario de recarga para esta batería
La intensidad apropiada a tensión constante será 1/20 de la capacidad de la batería:
Imax= 45 Ah / 20 h = 2,25 Amperios
Como la batería se encuentra al 50% de carga lo que le faltará para completar el 100% será:
45 Ah x 0,5 = 22,5 Ah
Por tanto si dividimos la capacidad que nos falta entre los amperios de carga en una hora obtendremos el
tiempo de recarga a esa intensidad:
22,5 Ah / 2,25 A= 10 horas
5.16 AVISOS Y NORMAS DE SEGURIDAD
Use gafas de protección y guantes como medida de precaución al trabajar en la batería.
¡Atención!: la temperatura de la batería durante el proceso de recarga no deberá sobrepasar 50° C.
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Evite provocar chispas al manipular cables y equipos eléctricos, además de aquellas causadas por
descarga electrostática.
Limpie la batería sólo con un paño húmedo y use ropas apropiadas. Los paños de limpieza seca pueden
cargarse eléctricamente y causar chispas.
Peligro de corrosión: El ácido de la batería es extremadamente corrosivo. En condiciones normales de
operación, no debe haber ningún contacto con el electrolito (ácido sulfúrico diluido).
No destruya o dañe la caja de una batería con electrolito, no incline la batería para evitar el escape del
ácido por los orificios de ventilación.
El recipiente estanco se vuelve quebradizo con el pasar del tiempo, por lo tanto, no exponga la batería a
la radiación solar directa.
Nunca conecte el terminal positivo al terminal negativo de la misma batería, eso causa un cortocircuito y
puede causar quemaduras, incendios o la explosión de la batería.
Devuelva las baterías usadas en el lugar de compra ó llévelas a un punto de recogida limpio, nunca tire
las baterías viejas junto con la basura doméstica y por supuesto nunca tire el electrolito por el sistema de
desagüe, en las cloacas o en el manto freático.
5.17 PRIMEROS AUXILIOS
Salpicadura de ácido que entre en contacto con los ojos se debe lavar durante varios minutos con agua
limpia, después, busque asistencia médica inmediatamente.
Salpicadura de ácido sobre la piel o ropas se debe neutralizar inmediatamente con un neutralizador de
ácido o una solución de jabón y enjuagar con mucha agua. Nunca se debe frotar la parte de la piel
afectada ya que se puede retirar quedando las capas internas de la piel expuestas al aire.
Si el ácido es ingerido, tome mucha agua y busque asistencia médica inmediatamente. Nunca provoque
el vómito.
6.0 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD POR
ELECTROMAGNETISMO
Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico
moviéndose dentro de un campo magnético (se llama
campo magnético a la región donde el imán tiene
efecto) generaba una tensión y cuando el circuito se
cerraba con un receptor circulaba una corriente
eléctrica. Es decir comprobó con un amperímetro que
se generaba una corriente eléctrica al mover el
conductor por dentro del campo magnético. A esta
corriente la llamó corriente inducida. Si en lugar de
mover el conductor movemos el campo magnético
(el imán) también se generaba corriente eléctrica.
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En este experimento también se comprobó que cuanto más rápido cortaba las líneas del campo
magnético, el conductor, se creaba mayor corriente eléctrica inducida en él y además la dirección del
sentido de la corriente estará en función de si el conductor corta hacia arriba o hacia abajo las líneas del
campo magnético generadas por el imán. Lógicamente si el cable está parado no se genera corriente.
Este descubrimiento fue lo que dio lugar a los generadores eléctricos electromagnéticos (dinamos y
alternadores).
Partiendo del primer caso, si en lugar de un conductor colocamos un espira girando dentro del campo
magnético, en lugar de un conductor ahora tenemos dos conductores en forma de espira (cada uno de los
lados de la espira) cortando el campo magnético. Por un lado de la espira la corriente que se genera es en
un sentido y en el otro lado es en el sentido contrario (una espira sube por el campo magnético y la otra
baja) es decir generamos una corriente eléctrica que se mueve alrededor de la espira. Cuando un lado de
la espira está justo en el medio del campo magnético, el conductor no corta líneas de campo, y esto hace
que en ese punto no se genere corriente. La gráfica de una vuelta completa de la espira generaría la
siguiente señal eléctrica:
Como vemos se genera una onda de corriente alterna, cambiando el sentido de la corriente y además la
intensidad es variable (no siempre es la misma). Si somos capaces de unir los extremos de la espira a un
receptor tendremos un generador de corriente eléctrica, en este caso de corriente alterna (alternador). En
España los alternadores de las centrales eléctricas giran 50 veces por segundo, es decir la frecuencia de
la corriente eléctrica es de 50 Hz (hertzios). Se repite la misma onda 50 veces cada segundo.
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7.0 EL ALTERNADOR DE CARGA DE BATERÍAS
El alternador es el elemento del circuito eléctrico del motor que tiene como misión transformar la
energía mecánica en energía eléctrica, proporcionando así un suministro eléctrico durante la marcha del
motor.
El alternador debe estar diseñado para proporcionar corriente eléctrica
necesaria para la carga de la batería así como suministrar corriente a todos
los demandantes eléctricos que lo requieran (según el tipo de barco).
Básicamente está formado por:
- Polea: Es la que recibe la fuerza mecánica procedente del motor térmico de
combustión. Esta polea va enganchada al eje del alternador que mueve el rotor que hay en su interior y
arrastra también al ventilador, situado en su interior..
- Rotor (inductor): es la parte móvil del alternador, está formado por
unas bobinas sujetas al núcleo que reciben corriente desde el regulador a
través de unos anillos rozantes situados en el eje. Estas bobinas
producen un campo magnético, ante el cual reaccionan las bobinas del
estator (parte fija) produciendo la corriente eléctrica.
-Regulador: es el encargado de mantener un voltaje estable de 14.5
voltios. A menor rpm el regulador aumenta el campo magnético y a la
inversa.
-Estator (inducido): Es la parte fija sobre la que se encuentra el bobinado
trifásico. Este puede estar constituido en estrella o en triángulo.
- Puente rectificador de diodos: Es el elemento encargado de rectificar la corriente de salida del
alternador (ya que esta es alterna) haciendo que ésta se convierta en continua.
7.1 FUNCIONAMIENTO:
Cuando ponemos el contacto para arrancar el motor, excitamos
la bobina del rotor del alternador así que cuando este empieza a
girar comienza a generar energía. Una vez arrancado el
regulador se autoalimenta con la energía que produce el propio
alternador.
El regulador sirve para mantener un voltaje estable
sobre los 14.5 voltios.

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