Arco Electrico - Articulo 2

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ARCO ELECTRICO

Autor(es): Quispe Apaza Jesús Javier. Mamani Quispe Pedro

RESUMEN

Un arco eléctrico o falla por arco es una formación de un arco de corriente eléctrica a través del aire, desde un conductor vivo expuesto a otro a tierra.

El arco eléctrico es de manera general un corto circuito a través del aire. La corriente de falla por arco es de menor magnitud que las fallas francas debido a que el aire o gases actúan como una impedancia entre los materiales conductores.

El arco eléctrico es peligroso debido a la exposición excesiva de calor y serios daños por quemaduras causadas por el arqueo de una falla en los sistemas eléctricos. El arco eléctrico produce intenso calor, explosiones sonoras y ondas de presión. Se tienen quemaduras extremadamente altas, intenso calor radiante, puede quemar la ropa y causar severas quemaduras que pueden ser fatales.

Palabras clave: Corriente eléctrica, conductor, corto circuito, sistemas eléctricos.

1. INTRODUCCIÓN

Considere dos placas pequeñas (los electrodos) dentro de una “bombilla” o un “tubo” evacuado, como se ilustra en la figura, a las cuales se aplica una diferencia de potencial. El electrodo negativo se llama cátodo; el positivo, ánodo. Si se calienta el cátodo negativo (generalmente mediante una corriente eléctrica, como en una bombilla eléctrica de filamento) hasta que se caliente y brille, se encuentra que cargas negativas abandonan el cátodo y fluyen hacia el ánodo positivo. Estas cargas negativas actualmente se llaman electrones, pero en forma original se conocieron como rayos catódicos, pues parecían provenir desde el cátodo.

El aire tiene propiedades aislantes respecto a la conducción de la corriente eléctrica. Sin embargo, si la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos

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separados por aire una cierta distancia es lo suficientemente grande, puede superarse la rigidez dieléctrica del mismo, permitiendo pasar la corriente a través de él. En ese momento se produce el denominado arco eléctrico, una especie de “salto” de la corriente eléctrica a través del aire desde un elemento conductor a otro. En un arco eléctrico pueden producirse temperaturas de miles de grados centígrados, temperaturas capaces de fundir los elementos metálicos, normalmente de cobre, existentes en sus proximidades.

La corriente eléctrica es un flujo de electrones que circula por un conductor en un circuito cerrado, denominado circuito eléctrico.

CONCEPTO

En electricidad se denomina arco eléctrico o también arco voltaico a la descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocados en el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida, normalmente a baja presión, o al aire libre.

Fue descubierto y demostrado por primera vez por el químico británico Humphry Davy en 1800. Para iniciar un arco se ponen en contacto, brevemente, los extremos de dos electrodos, usualmente en forma de lápiz, por lo general de grafito, y se

hace pasar una corriente intensa (unos 10 amperios) a través de ellos. Esta corriente provoca un gran calentamiento en el punto de contacto, al separarse los electrodos, se forma entre ellos una descarga luminosa similar a una llama.La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al positivo, pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El choque de los iones genera un calor intenso en los electrodos, calentándose más el electrodo positivo debido a que los electrones que golpean contra él tienen mayor energía total.

En un arco abierto al aire a presión normal, el electrodo positivo alcanza una temperatura de 3500 grados Celsius. Durante el tiempo de la descarga se produce una luminosidad muy intensa y un gran desprendimiento de calor. Ambos fenómenos, en caso de ser accidentales, pueden ser sumamente destructivos, como ocurre con la perforación de aisladores en las líneas de transporte de energía eléctrica en alta tensión o de los aislantes de conductores y otros elementos eléctricos o electrónicos.

La energía liberada está en función del voltaje del sistema, la magnitud de la corriente de falla y la duración de la falla.Los arcos encerrados, como en un centro de control de motores (CCM), magnifica la explosión y la energía transmitida.

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APLICACIONES

El arco eléctrico utilizado de forma controlada se ha empleado como fuente de luz, antes de la invención de la lámpara incandescente e incluso después, en la industria cinematográfica para conseguir fuertes intensidades luminosas en la filmación de películas así como en los proyectores de las salas de cine.

Lámpara incandescente

Proyector Los efectos caloríficos del arco eléctrico se continúan utilizando en la industria para la soldadura de metales y otros procedimientos metalúrgicos. En este último tipo de aplicaciones el intenso calor generado por el arco eléctrico suele utilizarse en hornos

especiales para fundir materiales refractarios. En este tipo de hornos pueden alcanzarse fácilmente temperaturas del orden de los 3500 °C. Esto también permite fundir productos con un punto de fusión muy alto. La ventaja especial de este procedimiento es una completa independencia a la hora de elegir los productos a aplicar (chatarra, esponja de hierro, arrabio así como cualquier tipo de mezcla).

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SOLDADURA

a) El circuito de soldadura por arco eléctrico.

La corriente fluye a partir del borne de la máquina de soldar, donde se fija el cable del electrodo (1), y termina en el borne de la máquina, donde se fija el cable de tierra o de trabajo (2).Como puede observarse en la Figura a partir del punto (1) la corriente fluye al porta electrodo y por éste al electrodo; por el extremo del electrodo salta la electricidad a la pieza formando el arco eléctrico; sigue fluyendo la electricidad por el metal base al cable de tierra (2) y vuelve a la máquina. El circuito está establecido sólo cuando el arco se encuentra encendido.

b) Voltaje y amperaje.

El agua circula a lo largo de un tubo, si existe una presión que lo impulse; en la misma forma, la corriente eléctrica fluye o circula a través de un circuito, si existe una «presión», que impulse el flujo de electrones dentro de un conductor (máquina en funcionamiento). Esta

“presión”, que induce una corriente eléctrica, se llama diferencia de potencial, tensión o voltaje. El voltaje se expresa en voltios y se mide con el voltímetro; algunas máquinas de soldar poseen voltímetro y un regulador de voltaje. La cantidad de agua, que pasa por un tubo, se mide por una magnitud en una unidad de tiempo (metros cúbicos por segundo). En igual forma se utiliza, para expresar la magnitud de corriente eléctrica, la cantidad de electricidad por segundo. La unidad utilizada es el Columbio por Segundo, lo que se expresa en Amperios, y se mide con un instrumento llamado amperímetro. T odas las máquinas de soldar cuentan con reguladores, que permiten variar el amperaje o intensidad de corriente eléctrica necesaria para soldar.

c) Clases de corriente eléctrica.

- Corriente alterna (AC).

El flujo de corriente varía de una dirección a la opuesta.Este cambio de dirección se efectúa 100 a 120 veces por segundo. El tiempo comprendido entre los cambios de dirección positiva o negativa se conoce con los nombres de ciclo o período (50 a 60 ciclos). En el Perú utilizamos, por lo general, la corriente alterna de 220 voltios y 60 ciclos. Las máquinas de soldar pueden utilizar tanto la corriente monofásica como la trifásica.

- Corriente continua (CC).

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El flujo de corriente conserva siempre una misma dirección: del polo negativo al positivo.

d) Polaridad.

En la corriente continua es importante saber la dirección del flujo de corriente. La dirección del flujo de corriente en el circuito de soldadura es expresada en término de POLARIDAD. Si el cable del portaelectrodo es conectado al polo negativo () de la fuente de poder y el cable de tierra al polo positivo (+), el circuito es denominado POLARIDAD DIRECTA o NORMAL.

HORNO DE ARCO ELÉCTRICO

Un horno de arco eléctrico es un horno que se calienta por medio de un arco eléctrico. Los tamaños de un horno de arco eléctrico van desde la tonelada de capacidad (utilizado en fundiciones) hasta las 400 toneladas de capacidad utilizado en la industria metalúrgica. Además, existen hornos de laboratorio y usados por dentistas que tienen una capacidad de apenas doce gramos.

El horno de arco eléctrico para acería consiste en un recipiente refractario alargado, refrigerado por agua para tamaños grandes, cubierto con una bóveda también refractaria y que a través de la cual uno o más electrodos de grafito están alojados dentro del horno.

El horno está compuesto principalmente de tres partes:

El armazón, que consiste en las paredes refractarias y la cimentación.

El hogar, que consiste en el lecho refractario que bordea la cimentación.

La bóveda o cubierta, de aspecto esférico o de sección cónica, cubre el horno con material refractario. Puede estar refrigerada con agua. La bóveda está construida con materiales de alta resistencia piroscópica (generalmente hormigón refractario) para soportar grandes choques térmicos y en la que se encuentran los electrodos de grafito que producen el arco eléctrico.

LÁMPARAS

Las lámparas de arco aprovechan la intensa emisión de luz generada por el

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arco eléctrico. Este arco se produce entre dos electrodos separados, en una atmósfera ionizada de vapores de mercurio o sodio (las más comunes)

A un pequeño bulbo de cuarzo relleno con vapores de sodio o de mercurio, se le colocan, separados una distancia de varios centímetros, dos electrodos primarios conectados a la línea de electricidad (a través de un limitador de corriente), inicialmente la distancia es tanta que el arco eléctrico no se establece entre los electrodos primarios, sin embargo, si se pone un tercer electrodo auxiliar muy cercano a uno de los electrodos primarios, de manera que se produzca un pequeño arco (muy limitado por una gran resistencia eléctrica en serie) este calienta poco a poco el interior del bulbo.

Con este calor los vapores interiores se ionizan y facilitan el salto del arco eléctrico principal con lo que la lámpara queda encendida, primero con poca luz y luego con el subsiguiente calentamiento intenso debido al arco, todo el bulbo emite una luz muy intensa cuyo color

dependerá del tipo de relleno, blanca para el mercurio y amarilla para el sodio.

Todo el sistema se encierra en un bulbo grande de vidrio que sirve como protección general. La vida de estas lámparas es muy larga y pueden permanecer encendidas de manera permanente durante varios años. Su eficiencia es alta comparadas con las luces incandescentes y la intensidad de iluminación puede abarcar grandes espacios. Las lámparas de mercurio proporcionan una luz más blanca y brillante que las de sodio pero tienen el inconveniente de que emiten algo de radiación ultravioleta por lo que deben colocarse relativamente altas para que no afecten la salud y además el tono algo azul de su luz, modifica un tanto los colores reales de los objetos.

Las lámparas de sodio emiten una radiación próxima a la de la luz solar y por eso se utilizan cada día más para la iluminación de calles y avenidas. Como el bulbo de cuarzo interior se calienta hasta la incandescencia casi blanca, estas lámparas no tienen el inconveniente de efecto estroboscópico de las fluorescentes.

La lámpara está formada por dos electrodos, normalmente de Wolframio, que están separados por un gas. El tipo de lámpara se nombra según el gas que contiene el bulbo que puede ser; neón, argón, xenón, kriptón y haluro metálico.

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CONCLUSIONES

- Los efectos caloríficos del arco eléctrico se continúan utilizando en la industria para la soldadura de metales y otros procedimientos metalúrgicos. En este último tipo de aplicaciones el intenso calor generado por el arco eléctrico suele utilizarse en hornos especiales para fundir materiales refractarios.

- El arco eléctrico utilizado de forma controlada se ha empleado como fuente de luz.

- El arco eléctrico es peligroso debido a la exposición excesiva de calor y serios daños por quemaduras causadas por el arqueo de una falla en los sistemas eléctricos.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

LIBROS

Física para ciencias e ingeniería- Serway_Yewet

Física para ciencias e ingeniería- Giancoli

Ficha técnica de prevención – Alfonso Baigorri Guerra

Mantenimiento Industrial - Soldadura

Inspección de soldadura (welding_inspection.cfm)

Seguridad con la electricidad – “Georgia Tech”

Estudios de Cálculo del arco eléctrico en sistemas industriales y propuestas para reducir el riesgo

PÁGINAS WEB

http://lamparas.pbworks.com/w/page/14682713/arco%20electrico

http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/lamparasdearcoelectrico.html

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_de_arco

http://www.monografias.com/trabajos7/soel/soel.shtml

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Arco Electrico - Articulo 2