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40. Electricidad

Redactor del capítulo:  Dominique Folliot

 


 

Índice del contenido 

Figuras y Tablas

Electricidad: efectos fisiológicos
Dominique Folliot

Electricidad estática
claude menguy

Prevención y Normas
renzo comini

Mesas

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1. Estimaciones de la tasa de electrocución-1988
2. Relaciones básicas en electrostática-Colección de ecuaciones
3. Afinidades electrónicas de polímeros seleccionados
4. Límites inferiores típicos de inflamabilidad
5. Cargo específico asociado con operaciones industriales seleccionadas
6. Ejemplos de equipos sensibles a descargas electrostáticas

Figuras

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Lunes, febrero 28 2011 19: 19

Efectos fisiológicos de la electricidad

El estudio de los peligros, la electrofisiología y la prevención de accidentes eléctricos requiere la comprensión de varios conceptos técnicos y médicos.

Las siguientes definiciones de términos electrobiológicos se tomaron del capítulo 891 del Vocabulario electrotécnico internacional (Electrobiología) (Comisión Electrotécnica Internacional) (IEC) (1979).

An choque eléctrico es el efecto fisiopatológico resultante del paso directo o indirecto de una corriente eléctrica externa a través del organismo. Incluye contactos directos e indirectos y corrientes tanto unipolares como bipolares.

Se dice que las personas, vivas o fallecidas, que han sufrido descargas eléctricas han sufrido electrificación; el termino electrocución debe reservarse para los casos en que sobreviene la muerte. La caída de rayos son descargas eléctricas fatales causadas por rayos (Gourbiere et al. 1994).

Las estadísticas internacionales sobre accidentes eléctricos han sido recopiladas por la Oficina Internacional del Trabajo (OIT), la Unión Europea (UE), la Unión internacional de productores y distribuidores de energía eléctrica (UNIPEDE), la Asociación Internacional de la Seguridad Social (AISS) y el Comité TC64 de la Comisión Electrotécnica Internacional. La interpretación de estas estadísticas se ve obstaculizada por las variaciones en las técnicas de recopilación de datos, las pólizas de seguro y las definiciones de accidentes mortales de un país a otro. No obstante, son posibles las siguientes estimaciones de la tasa de electrocución (tabla 1).

Tabla 1. Estimaciones de la tasa de electrocución - 1988

 

Electrocuciones
por millón de habitantes

Total
muertes

Estados Unidos*

2.9

714

Francia

2.0

115

Alemania

1.6

99

Austria

0.9

11

Japón

0.9

112

Suecia

0.6

13

 

* Según la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (Massachusetts, EE. UU.), estas estadísticas de EE. UU. reflejan más una amplia recopilación de datos y requisitos de informes legales que un entorno más peligroso. Las estadísticas estadounidenses incluyen muertes por exposición a sistemas de transmisión de servicios públicos y electrocuciones causadas por productos de consumo. En 1988, 290 muertes fueron causadas por productos de consumo (1.2 muertes por millón de habitantes). En 1993, la tasa de muerte por electrocución por todas las causas se redujo a 550 (2.1 muertes por millón de habitantes); El 38% estaban relacionadas con productos de consumo (0.8 muertes por millón de habitantes).

 

El número de electrocuciones está disminuyendo lentamente, tanto en términos absolutos como, de manera aún más llamativa, en función del consumo total de electricidad. Aproximadamente la mitad de los accidentes eléctricos son de origen laboral, y la otra mitad ocurre en el hogar y durante actividades de ocio. En Francia, el promedio de muertes entre 1968 y 1991 fue de 151 muertes por año, según el Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica (INSERMA).

Bases físicas y fisiopatológicas de la electrificación

Los especialistas en electricidad dividen los contactos eléctricos en dos grupos: contactos directos, que involucran contacto con componentes vivos, y contactos indirectos, que involucran contactos a tierra. Cada uno de estos requiere medidas preventivas fundamentalmente diferentes.

Desde un punto de vista médico, el camino de la corriente a través del cuerpo es el factor pronóstico y terapéutico clave. Por ejemplo, el contacto bipolar de la boca de un niño con el enchufe de un cable de extensión causa quemaduras extremadamente graves en la boca, pero no la muerte si el niño está bien aislado del suelo.

En entornos laborales, donde los altos voltajes son comunes, también es posible la formación de arcos entre un componente activo que lleva un alto voltaje y los trabajadores que se acercan demasiado. Las situaciones laborales específicas también pueden afectar las consecuencias de los accidentes eléctricos: por ejemplo, los trabajadores pueden caerse o actuar de manera inapropiada cuando son sorprendidos por una descarga eléctrica relativamente inofensiva.

Los accidentes eléctricos pueden ser causados ​​por toda la gama de voltajes presentes en los lugares de trabajo. Cada sector industrial tiene su propio conjunto de condiciones capaces de causar contacto directo, indirecto, unipolar, bipolar, de arco o inducido y, en última instancia, accidentes. Si bien, por supuesto, está más allá del alcance de este artículo describir todas las actividades humanas que involucran la electricidad, es útil recordar al lector los siguientes tipos principales de trabajo eléctrico, que han sido objeto de las pautas preventivas internacionales descritas en el capítulo sobre prevención:

  1. actividades que impliquen trabajos en cables vivos (la aplicación de protocolos extremadamente rigurosos ha logrado reducir el número de electrificaciones durante este tipo de trabajo)
  2. actividades que impliquen trabajo en cables sin tensión, y
  3. actividades realizadas cerca de cables con corriente (estas actividades requieren la mayor atención, ya que a menudo son realizadas por personal que no es electricista).

 

fisiopatología

Todas las variables de la ley de corriente continua de Joule:

W=V x I x t = RI2t

(el calor producido por una corriente eléctrica es proporcional a la resistencia y al cuadrado de la corriente) están íntimamente relacionados. En el caso de corriente alterna, también se debe tener en cuenta el efecto de la frecuencia (Folliot 1982).

Los seres vivos son conductores eléctricos. La electrificación se produce cuando existe una diferencia de potencial entre dos puntos del organismo. Es importante enfatizar que el peligro de accidentes eléctricos surge no del mero contacto con un conductor vivo, sino del contacto simultáneo con un conductor vivo y otro cuerpo a un potencial diferente.

Los tejidos y órganos a lo largo del recorrido de la corriente pueden sufrir una excitación motora funcional, en algunos casos irreversible, o pueden sufrir lesiones temporales o permanentes, generalmente como consecuencia de quemaduras. La extensión de estas lesiones es función de la energía liberada o de la cantidad de electricidad que pasa a través de ellas. Por lo tanto, el tiempo de tránsito de la corriente eléctrica es fundamental para determinar el grado de lesión. (Por ejemplo, las anguilas eléctricas y las rayas producen descargas extremadamente desagradables, capaces de inducir una pérdida de conciencia. Sin embargo, a pesar de un voltaje de 600 V, una corriente de aproximadamente 1 A y una resistencia del sujeto de aproximadamente 600 ohmios, estos peces son incapaces de inducir una choque letal, ya que la duración de la descarga es demasiado breve, del orden de decenas de microsegundos). Así, a voltajes elevados (>1,000 V), la muerte se debe a menudo a la extensión de las quemaduras. A voltajes más bajos, la muerte es una función de la cantidad de electricidad (q = yo x t), llegando al corazón, determinado por el tipo, ubicación y área de los puntos de contacto.

Las siguientes secciones discuten el mecanismo de muerte debido a accidentes eléctricos, las terapias inmediatas más efectivas y los factores que determinan la gravedad de la lesión, a saber, resistencia, intensidad, voltaje, frecuencia y forma de onda.

Causas de Muerte en Accidentes Eléctricos en la Industria

En casos raros, la asfixia puede ser la causa de la muerte. Esto puede resultar de un tétanos prolongado del diafragma, inhibición de los centros respiratorios en caso de contacto con la cabeza, o densidades de corriente muy altas, por ejemplo, como resultado de la caída de rayos (Gourbiere et al. 1994). Si se puede brindar atención dentro de los tres minutos, la víctima puede revivir con algunas bocanadas de reanimación boca a boca.

Por otro lado, el colapso circulatorio periférico secundario a fibrilación ventricular sigue siendo la principal causa de muerte. Esto invariablemente se desarrolla en ausencia de masaje cardíaco aplicado simultáneamente con la reanimación boca a boca. Estas intervenciones, que deberían ser enseñadas a todos los electricistas, deben mantenerse hasta la llegada de los servicios médicos de emergencia, que casi siempre tardan más de tres minutos. Un gran número de electropatólogos e ingenieros de todo el mundo han estudiado las causas de la fibrilación ventricular, con el fin de diseñar mejores medidas protectoras pasivas o activas (Comisión Electrotécnica Internacional 1987; 1994). La desincronización aleatoria del miocardio requiere una corriente eléctrica sostenida de una frecuencia, intensidad y tiempo de tránsito específicos. Lo más importante es que la señal eléctrica debe llegar al miocardio durante el llamado fase vulnerable del ciclo cardiaco, correspondiente al inicio de la onda T del electrocardiograma.

La Comisión Electrotécnica Internacional (1987; 1994) produjo curvas que describen el efecto de la intensidad de la corriente y el tiempo de tránsito sobre la probabilidad (expresada como porcentajes) de fibrilación y la trayectoria de la corriente mano-pie en un hombre de 70 kg con buena salud. Estas herramientas son apropiadas para corrientes industriales en el rango de frecuencia de 15 a 100 Hz, con frecuencias más altas actualmente en estudio. Para tiempos de tránsito de menos de 10 ms, el área bajo la curva de la señal eléctrica es una aproximación razonable de la energía eléctrica.

Papel de varios parámetros eléctricos

Cada uno de los parámetros eléctricos (corriente, voltaje, resistencia, tiempo, frecuencia) y la forma de onda son determinantes importantes de lesiones, tanto por derecho propio como en virtud de su interacción.

Se han establecido umbrales de corriente para corriente alterna, así como para otras condiciones definidas anteriormente. Se desconoce la intensidad de la corriente durante la electrificación, ya que está en función de la resistencia del tejido en el momento del contacto. (I = V/R), pero generalmente es perceptible a niveles de aproximadamente 1 mA. Las corrientes relativamente bajas pueden causar contracciones musculares que pueden impedir que la víctima suelte un objeto energizado. El umbral de esta corriente es función de la densidad, el área de contacto, la presión de contacto y las variaciones individuales. Prácticamente todos los hombres y casi todas las mujeres y los niños pueden soltarse con corrientes de hasta 6 mA. A 10 mA se ha observado que el 98.5% de los hombres y el 60% de las mujeres y el 7.5% de los niños pueden soltarse. Solo el 7.5% de los hombres y ninguna mujer o niño pueden soltar a 20 mA. Nadie puede dejar ir a 30 mA y más.

Las corrientes de aproximadamente 25 mA pueden causar tétanos en el diafragma, el músculo respiratorio más poderoso. Si el contacto se mantiene durante tres minutos, también puede producirse un paro cardíaco.

La fibrilación ventricular se convierte en un peligro a niveles de aproximadamente 45 mA, con una probabilidad en adultos del 5% tras un contacto de 5 segundos. Durante la cirugía cardíaca, sin duda una condición especial, una corriente de 20 a 100 × 10-6Un aplicado directamente al miocardio es suficiente para inducir la fibrilación. Esta sensibilidad miocárdica es la razón de que se apliquen normas estrictas a los dispositivos electromédicos.

Todas las demás cosas (V, R, frecuencia) siendo iguales, los umbrales de corriente también dependen de la forma de onda, la especie animal, el peso, la dirección de la corriente en el corazón, la relación entre el tiempo de tránsito de la corriente y el ciclo cardiaco, el punto del ciclo cardiaco al que llega la corriente y factores individuales.

El voltaje involucrado en los accidentes es generalmente conocido. En los casos de contacto directo, la fibrilación ventricular y la gravedad de las quemaduras son directamente proporcionales al voltaje, ya que

V = RI y W = V x I x t

Las quemaduras que surgen de descargas eléctricas de alto voltaje se asocian con muchas complicaciones, de las cuales solo algunas son predecibles. En consecuencia, las víctimas de accidentes deben ser atendidas por especialistas bien informados. La liberación de calor ocurre principalmente en los músculos y haces neurovasculares. La fuga de plasma que sigue al daño tisular provoca un shock, en algunos casos rápido e intenso. Para un área de superficie determinada, las quemaduras electrotérmicas (quemaduras causadas por una corriente eléctrica) siempre son más graves que otros tipos de quemaduras. Las quemaduras electrotérmicas son tanto externas como internas y, aunque inicialmente no sean aparentes, pueden inducir daño vascular con efectos secundarios graves. Estos incluyen estenosis internas y trombos que, en virtud de la necrosis que inducen, a menudo requieren amputación.

La destrucción de tejidos también es responsable de la liberación de cromoproteínas como la mioglobina. Tal liberación también se observa en víctimas de lesiones por aplastamiento, aunque la extensión de la liberación es notable en víctimas de quemaduras por alto voltaje. Se cree que la precipitación de mioglobina en los túbulos renales, secundaria a la acidosis provocada por la anoxia y la hiperpotasemia, es la causa de la anuria. Esta teoría, confirmada experimentalmente pero no universalmente aceptada, es la base de las recomendaciones para la terapia de alcalinización inmediata. La alcalinización intravenosa, que también corrige la hipovolemia y la acidosis secundaria a la muerte celular, es la práctica recomendada.

En el caso de contactos indirectos, la tensión de contacto (V) y el límite de tensión convencional también debe tenerse en cuenta.

La tensión de contacto es la tensión a la que se somete una persona al tocar simultáneamente dos conductores entre los que existe un diferencial de tensión debido a un aislamiento defectuoso. La intensidad del flujo de corriente resultante depende de las resistencias del cuerpo humano y del circuito externo. No se debe permitir que esta corriente se eleve por encima de los niveles seguros, lo que quiere decir que debe ajustarse a curvas seguras de tiempo-corriente. El voltaje de contacto más alto que se puede tolerar indefinidamente sin inducir efectos electropatológicos se denomina límite de voltaje convencional o, más intuitivamente, el tensión de seguridad.

Se desconoce el valor real de la resistencia durante accidentes eléctricos. Las variaciones en las resistencias en serie, por ejemplo, ropa y zapatos, explican gran parte de la variación observada en los efectos de accidentes eléctricos ostensiblemente similares, pero ejercen poca influencia en el resultado de accidentes que involucran contactos bipolares y electrificaciones de alto voltaje. En los casos de corriente alterna, el efecto de los fenómenos capacitivos e inductivos debe agregarse al cálculo estándar basado en voltaje y corriente. (R=V/I).

La resistencia del cuerpo humano es la suma de la resistencia de la piel. (R) en los dos puntos de contacto y la resistencia interna del cuerpo (R). La resistencia de la piel varía con los factores ambientales y, como señaló Biegelmeir (Comisión Electrotécnica Internacional 1987; 1994), es parcialmente una función del voltaje de contacto. Otros factores como la presión, el área de contacto, el estado de la piel en el punto de contacto y los factores individuales también influyen en la resistencia. Por lo tanto, es poco realista intentar basar las medidas preventivas en estimaciones de la resistencia de la piel. En cambio, la prevención debe basarse en la adaptación de equipos y procedimientos a los humanos, y no al revés. Para simplificar las cosas, el IEC ha definido cuatro tipos de ambiente —seco, húmedo, mojado e inmersión— y ha definido parámetros útiles para la planificación de actividades de prevención en cada caso.

La frecuencia de la señal eléctrica responsable de los accidentes eléctricos es generalmente conocida. En Europa, casi siempre es de 50 Hz y en las Américas, generalmente es de 60 Hz. En casos raros que involucran ferrocarriles en países como Alemania, Austria y Suiza, puede ser 16 2/3 Hz, frecuencia que teóricamente representa un mayor riesgo de tetanización y de fibrilación ventricular. Cabe recordar que la fibrilación no es una reacción muscular sino que está provocada por una estimulación repetitiva, con una sensibilidad máxima de aproximadamente 10 Hz. Esto explica por qué, para un voltaje dado, la corriente alterna de frecuencia extremadamente baja se considera de tres a cinco veces más peligrosa que la corriente continua con respecto a los efectos distintos de las quemaduras.

Los umbrales descritos anteriormente son directamente proporcionales a la frecuencia de la corriente. Así, a 10 kHz, el umbral de detección es diez veces mayor. La IEC está estudiando curvas de riesgo de fibrilación revisadas para frecuencias superiores a 1,000 Hz (Comisión Electrotécnica Internacional 1994).

Por encima de cierta frecuencia, las leyes físicas que rigen la penetración de la corriente en el cuerpo cambian por completo. Los efectos térmicos relacionados con la cantidad de energía liberada se convierten en el efecto principal, ya que empiezan a predominar los fenómenos capacitivos e inductivos.

Generalmente se conoce la forma de onda de la señal eléctrica responsable de un accidente eléctrico. Puede ser un determinante importante de lesiones en accidentes que involucren el contacto con capacitores o semiconductores.

Estudio clínico de descarga eléctrica

Clásicamente, las electrificaciones se han dividido en incidentes de baja (50 a 1,000 V) y alta (>1,000 V) tensión.

El bajo voltaje es un peligro familiar, de hecho omnipresente, y las descargas debido a él se encuentran en entornos domésticos, de ocio, agrícolas y hospitalarios, así como en la industria.

Al revisar la gama de descargas eléctricas de bajo voltaje, desde las más triviales hasta las más graves, debemos comenzar con las descargas eléctricas sin complicaciones. En estos casos, las víctimas pueden alejarse del daño por sí mismas, conservar la conciencia y mantener una ventilación normal. Los efectos cardíacos se limitan a taquicardia sinusal simple con o sin anomalías electrocardiográficas menores. A pesar de las consecuencias relativamente menores de tales accidentes, la electrocardiografía sigue siendo una precaución médica y médico-legal adecuada. La investigación técnica de estos incidentes potencialmente graves está indicada como complemento del examen clínico (Gilet y Choquet 1990).

Las víctimas de choques que involucran choques eléctricos de contacto algo más fuertes y de mayor duración pueden sufrir perturbaciones o pérdida del conocimiento, pero se recuperan por completo con mayor o menor rapidez; el tratamiento acelera la recuperación. El examen generalmente revela hipertonías neuromusculares, problemas de ventilación hiperreflexiva y congestión, la última de las cuales es a menudo secundaria a obstrucción orofaríngea. Los trastornos cardiovasculares son secundarios a hipoxia o anoxia, o pueden manifestarse en forma de taquicardia, hipertensión y, en algunos casos, incluso infarto. Los pacientes con estas condiciones requieren atención hospitalaria.

Las víctimas ocasionales que pierden el conocimiento a los pocos segundos del contacto aparecen pálidas o cianóticas, dejan de respirar, tienen pulsos apenas perceptibles y presentan midriasis indicativa de lesión cerebral aguda. Aunque por lo general se debe a la fibrilación ventricular, la patogenia precisa de esta aparente muerte es, sin embargo, irrelevante. El punto importante es el inicio rápido de una terapia bien definida, ya que se sabe desde hace algún tiempo que este estado clínico nunca conduce a la muerte real. El pronóstico en estos casos de descarga eléctrica, de los que es posible la recuperación total, depende de la rapidez y calidad de los primeros auxilios. Estadísticamente, lo más probable es que lo administre personal no médico, por lo que se recomienda la formación de todos los electricistas en las intervenciones básicas que puedan garantizar la supervivencia.

En casos de muerte aparente, el tratamiento de emergencia debe tener prioridad. En otros casos, sin embargo, se debe prestar atención a politraumatismos derivados de tétanos violentos, caídas o la proyección de la víctima por el aire. Una vez que se ha resuelto el peligro inmediato que amenaza la vida, se deben atender los traumatismos y las quemaduras, incluidas las causadas por contactos de bajo voltaje.

Los accidentes que involucran altos voltajes resultan en quemaduras significativas así como los efectos descritos para accidentes de bajo voltaje. La conversión de energía eléctrica en calor se produce tanto interna como externamente. En un estudio de accidentes eléctricos en Francia realizado por el departamento médico de la empresa eléctrica EDF-GDF, casi el 80% de las víctimas sufrieron quemaduras. Estos se pueden clasificar en cuatro grupos:

  1. quemaduras de arco, que generalmente involucran la piel expuesta y se complican en algunos casos por quemaduras por ropa quemada
  2. quemaduras electrotérmicas múltiples, extensas y profundas, causadas por contactos de alto voltaje
  3. quemaduras clásicas, causadas por la ropa quemada y la proyección de materia quemada, y
  4. quemaduras mixtas, causadas por arco, quema y flujo de corriente.

 

Se realizan exámenes de seguimiento y complementarios según se requiera, dependiendo de las particularidades del accidente. La estrategia utilizada para establecer un pronóstico o con fines médico-legales, por supuesto, está determinada por la naturaleza de las complicaciones observadas o esperadas. En electrificaciones de alta tensión (Folliot 1982) y caídas de rayos (Gourbiere et al. 1994), la enzimología y el análisis de cromoproteínas y parámetros de coagulación sanguínea son obligatorios.

El curso de la recuperación de un traumatismo eléctrico bien puede verse comprometido por complicaciones tempranas o tardías, especialmente aquellas que involucran los sistemas cardiovascular, nervioso y renal. Estas complicaciones por sí solas son motivo suficiente para hospitalizar a las víctimas de electrificaciones de alto voltaje. Algunas complicaciones pueden dejar secuelas funcionales o estéticas.

Si el camino de la corriente es tal que una corriente significativa llega al corazón, se presentarán complicaciones cardiovasculares. Los más frecuentemente observados y más benignos de estos son los trastornos funcionales, en presencia o ausencia de correlatos clínicos. Las arritmias —taquicardia sinusal, extrasístole, aleteo y fibrilación auricular (en ese orden)— son las anomalías electrocardiográficas más comunes y pueden dejar secuelas permanentes. Los trastornos de la conducción son más raros y difíciles de relacionar con accidentes eléctricos en ausencia de un electrocardiograma previo.

También se han informado trastornos más graves, como insuficiencia cardíaca, lesión de válvulas y quemaduras miocárdicas, pero son raros, incluso en víctimas de accidentes de alto voltaje. También se han informado casos claros de angina e incluso infarto.

La lesión vascular periférica puede observarse en la semana siguiente a la electrificación de alto voltaje. Se han propuesto varios mecanismos patogénicos: el espasmo arterial, la acción de la corriente eléctrica sobre las capas media y muscular de los vasos y la modificación de los parámetros de coagulación de la sangre.

Es posible una amplia variedad de complicaciones neurológicas. El primero en aparecer es el accidente cerebrovascular, independientemente de si la víctima experimentó inicialmente pérdida del conocimiento. La fisiopatología de estas complicaciones implica un trauma craneal (cuya presencia debe comprobarse), el efecto directo de la corriente en la cabeza, o la modificación del flujo sanguíneo cerebral y la inducción de un edema cerebral tardío. Además, las complicaciones periféricas medulares y secundarias pueden ser causadas por traumatismos o por la acción directa de la corriente eléctrica.

Los trastornos sensoriales involucran el ojo y los sistemas audiovestibular o coclear. Es importante examinar la córnea, el cristalino y el fondo del ojo lo antes posible, y hacer un seguimiento de las víctimas de arco y contacto directo con la cabeza para detectar efectos retardados. Las cataratas pueden desarrollarse después de un período intermedio sin síntomas de varios meses. Los trastornos vestibulares y la pérdida de audición se deben principalmente a los efectos de las explosiones y, en las víctimas de rayos transmitidos por líneas telefónicas, a traumatismos eléctricos (Gourbiere et al. 1994).

Las mejoras en las prácticas de emergencia móviles han reducido en gran medida la frecuencia de complicaciones renales, especialmente oligoanuria, en víctimas de electrificaciones de alto voltaje. La rehidratación temprana y cuidadosa y la alcalinización intravenosa es el tratamiento de elección en las víctimas de quemaduras graves. Se han notificado algunos casos de albuminuria y hematuria microscópica persistente.

Retratos Clínicos y Problemas Diagnósticos

El cuadro clínico de las descargas eléctricas se complica por la variedad de aplicaciones industriales de la electricidad y la creciente frecuencia y variedad de aplicaciones médicas de la electricidad. Sin embargo, durante mucho tiempo, los accidentes eléctricos eran causados ​​únicamente por la caída de rayos (Gourbiere et al. 1994). La caída de un rayo puede implicar cantidades de electricidad bastante notables: una de cada tres víctimas de la caída de un rayo muere. Los efectos de un rayo (quemaduras y muerte aparente) son comparables a los que resultan de la electricidad industrial y son atribuibles a la descarga eléctrica, la transformación de la energía eléctrica en calor, los efectos de explosión y las propiedades eléctricas del rayo.

Los rayos son tres veces más frecuentes en hombres que en mujeres. Esto refleja patrones de trabajo con diferentes riesgos de exposición a rayos.

Las quemaduras resultantes del contacto con superficies metálicas puestas a tierra de bisturís eléctricos son los efectos más comunes observados en víctimas de electrificación iatrogénica. La magnitud de las corrientes de fuga aceptables en los dispositivos electromédicos varía de un dispositivo a otro. Como mínimo, se deben seguir las especificaciones de los fabricantes y las recomendaciones de uso.

Para concluir esta sección, nos gustaría discutir el caso especial de descarga eléctrica que involucra a mujeres embarazadas. Esto puede causar la muerte de la mujer, del feto o de ambos. En un caso notable, un feto vivo nació con éxito por cesárea 15 minutos después de que su madre muriera como resultado de la electrocución por una descarga de 220 V (Folliot 1982).

Los mecanismos fisiopatológicos del aborto causado por descargas eléctricas requieren más estudio. ¿Se debe a trastornos de conducción en el tubo cardíaco embrionario sometido a un gradiente de voltaje, oa un desgarro de la placenta secundario a vasoconstricción?

La ocurrencia de accidentes eléctricos como este, felizmente raro, es otra razón más para exigir la notificación de todos los casos de lesiones derivadas de la electricidad.

Diagnóstico Positivo y Médico-Legal

Las circunstancias en las que se produce una descarga eléctrica suelen ser lo suficientemente claras como para permitir un diagnóstico etiológico inequívoco. Sin embargo, este no es siempre el caso, incluso en entornos industriales.

El diagnóstico de falla circulatoria después de una descarga eléctrica es extremadamente importante, ya que requiere que los transeúntes comiencen los primeros auxilios básicos e inmediatos una vez que se haya cortado la corriente. El paro respiratorio en ausencia de pulso es una indicación absoluta para el inicio del masaje cardíaco y la reanimación boca a boca. Anteriormente, estos solo se realizaban cuando estaba presente la midriasis (dilatación de las pupilas), un signo diagnóstico de lesión cerebral aguda. Sin embargo, la práctica actual es comenzar estas intervenciones tan pronto como el pulso ya no sea detectable.

Dado que la pérdida del conocimiento debido a la fibrilación ventricular puede tardar unos segundos en desarrollarse, las víctimas pueden distanciarse del equipo responsable del accidente. Esto puede tener cierta importancia médico-legal, por ejemplo, cuando la víctima de un accidente se encuentra a varios metros de un gabinete eléctrico u otra fuente de voltaje sin rastros de lesiones eléctricas.

No se puede exagerar que la ausencia de quemaduras eléctricas no excluye la posibilidad de electrocución. Si la autopsia de sujetos encontrados en ambientes eléctricos o cerca de equipos capaces de desarrollar voltajes peligrosos no revela lesiones de Jelinek visibles ni signos aparentes de muerte, se debe considerar la electrocución.

Si el cuerpo se encuentra a la intemperie, se llega al diagnóstico de rayo por el proceso de eliminación. Se deben buscar signos de caída de rayos dentro de un radio de 50 metros del cuerpo. El Museo de Electropatología de Viena ofrece una exhibición deslumbrante de tales signos, que incluyen vegetación carbonizada y arena vitrificada. Los objetos de metal usados ​​por la víctima pueden derretirse.

Aunque, afortunadamente, el suicidio por medios eléctricos sigue siendo raro en la industria, la muerte por negligencia contributiva sigue siendo una triste realidad. Esto es particularmente cierto en sitios no estándar, especialmente aquellos que involucran la instalación y operación de instalaciones eléctricas provisionales bajo condiciones exigentes.

Los accidentes eléctricos deberían dejar de ocurrir, dada la disponibilidad de medidas preventivas efectivas descritas en el artículo “Prevención y Normas”.

 

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Lunes, febrero 28 2011 19: 25

Electricidad estática

Todos los materiales difieren en el grado en que las cargas eléctricas pueden pasar a través de ellos. Directores permitir que las cargas fluyan, mientras aisladores obstaculizar el movimiento de las cargas. La electrostática es el campo dedicado al estudio de las cargas, o cuerpos cargados en reposo. Electricidad estática se produce cuando las cargas eléctricas que no se mueven se acumulan en los objetos. Si las cargas fluyen, se produce una corriente y la electricidad ya no es estática. La corriente que resulta de las cargas en movimiento es comúnmente referida por los legos como electricidad y se analiza en los otros artículos de este capítulo. electrificación estática es el término utilizado para designar cualquier proceso que resulte en la separación de cargas eléctricas positivas y negativas. La conducción se mide con una propiedad llamada conductancia, mientras que un aislador se caracteriza por su resistividad. La separación de carga que conduce a la electrificación puede ocurrir como resultado de procesos mecánicos, por ejemplo, el contacto entre objetos y la fricción, o la colisión de dos superficies. Las superficies pueden ser dos sólidos o un sólido y un líquido. El proceso mecánico puede, con menor frecuencia, ser la ruptura o separación de superficies sólidas o líquidas. Este artículo se centra en el contacto y la fricción.

Procesos de Electrificación

El fenómeno de generación de electricidad estática por fricción (triboelectrificación) se conoce desde hace miles de años. El contacto entre dos materiales es suficiente para inducir la electrificación. La fricción es simplemente un tipo de interacción que aumenta el área de contacto y genera calor.fricción es el término general para describir el movimiento de dos objetos en contacto; la presión ejercida, su velocidad de corte y el calor generado son los principales determinantes de la carga generada por la fricción. A veces, la fricción también provocará el desprendimiento de partículas sólidas.

Cuando los dos sólidos en contacto son metales (contacto metal-metal), los electrones migran de uno a otro. Cada metal se caracteriza por un potencial inicial diferente (potencial de Fermi), y la naturaleza siempre se mueve hacia el equilibrio, es decir, los fenómenos naturales trabajan para eliminar las diferencias de potencial. Esta migración de electrones da como resultado la generación de un potencial de contacto. Debido a que las cargas en un metal son muy móviles (los metales son excelentes conductores), las cargas incluso se recombinarán en el último punto de contacto antes de que los dos metales se separen. Por lo tanto, es imposible inducir la electrificación juntando dos metales y luego separándolos; las cargas siempre fluirán para eliminar la diferencia de potencial.

Cuando un metal y una aislante entran en contacto casi sin fricción en el vacío, el nivel de energía de los electrones en el metal se aproxima al del aislador. Las impurezas de la superficie o del volumen hacen que esto ocurra y también evitan la formación de arcos (la descarga de electricidad entre los dos cuerpos cargados, los electrodos) tras la separación. La carga transferida al aislador es proporcional a la afinidad electrónica del metal, y cada aislador también tiene una afinidad electrónica, o atracción por los electrones, asociada con él. Por lo tanto, también es posible la transferencia de iones positivos o negativos del aislante al metal. La carga en la superficie después del contacto y la separación se describe mediante la ecuación 1 en la tabla 1.


Tabla 1. Relaciones básicas en electrostática - Colección de ecuaciones

Ecuación 1: Carga por contacto de un metal y un aislante

En general, la densidad de carga superficial () después del contacto y la separación 

se puede expresar por:

donde

e es la carga de un electron
NE es la densidad del estado de energía en la superficie del aislador
fi es la afinidad electrónica del aislante, y
fm es la afinidad electrónica del metal

Ecuación 2: Carga después del contacto entre dos aisladores

La siguiente forma general de la ecuación 1 se aplica a la transferencia de carga
entre dos aisladores con diferentes estados de energía (sólo superficies perfectamente limpias):

donde NE1 y NE2 son las densidades de estado de energía en la superficie de los dos aisladores, 

y  Ø1 y Ø 2 son las afinidades electrónicas de los dos aisladores.

Ecuación 3: Densidad máxima de carga superficial

La rigidez dieléctrica (EG) del gas circundante impone un límite superior a la carga que está
es posible generar sobre una superficie aislante plana. En aire, EG es de aproximadamente 3 MV/m.
La máxima densidad de carga superficial viene dada por:

Ecuación 4: Carga máxima en una partícula esférica

Cuando las partículas nominalmente esféricas están cargadas por el efecto corona, el máximo
La carga que puede adquirir cada partícula viene dada por el límite de Pauthenier:

donde

qmax es la carga máxima
a es el radio de la partícula
eI es la permitividad relativa y

Ecuación 5: Descargas de conductores

El potencial de un conductor aislado que transporta carga Q es dado por V = Q/C y
la energía almacenada por:

Ecuación 6: Evolución temporal del potencial del conductor cargado

En un conductor cargado por una corriente constante (IG), el transcurso del tiempo
potencial se describe por:

donde Rf es la resistencia de fuga del conductor

Ecuación 7: Potencial final del conductor cargado

Por mucho tiempo, t >Rf C, esto se reduce a:

y la energía almacenada viene dada por:

Ecuación 8: Energía almacenada del conductor cargado


Cuando dos aisladores entran en contacto, se produce una transferencia de carga debido a los diferentes estados de su energía superficial (ecuación 2, tabla 1). Las cargas transferidas a la superficie de un aislador pueden migrar más profundamente dentro del material. La humedad y la contaminación superficial pueden modificar en gran medida el comportamiento de las cargas. La humedad de la superficie, en particular, aumenta las densidades del estado de energía de la superficie al aumentar la conducción superficial, lo que favorece la recombinación de carga y facilita la movilidad iónica. La mayoría de las personas reconocerán esto por sus experiencias de la vida diaria por el hecho de que tienden a estar sujetos a electricidad estática durante condiciones secas. El contenido de agua de algunos polímeros (plásticos) cambiará a medida que se cargan. El aumento o disminución del contenido de agua puede incluso invertir la dirección del flujo de carga (su polaridad).

La polaridad (positividad y negatividad relativas) de dos aisladores en contacto depende de la afinidad electrónica de cada material. Los aisladores se pueden clasificar por sus afinidades electrónicas, y algunos valores ilustrativos se enumeran en la tabla 2. La afinidad electrónica de un aislador es una consideración importante para los programas de prevención, que se analizan más adelante en este artículo.

Tabla 2. Afinidades electrónicas de polímeros seleccionados*

Cargo

Material

Afinidad electrónica (EV)

PVC (cloruro de polivinilo)

4.85

 

Poliamida

4.36

 

policarbonato

4.26

 

PTFE (politetrafluoroetileno)

4.26

 

PETP (tereftalato de polietileno)

4.25

 

Poliestireno

4.22

+

Poliamida

4.08

* Un material adquiere una carga positiva cuando entra en contacto con un material enumerado arriba y una carga negativa cuando entra en contacto con un material enumerado debajo. Sin embargo, la afinidad electrónica de un aislante es multifactorial.

 

Aunque ha habido intentos de establecer una serie triboeléctrica que clasifique los materiales de modo que aquellos que adquieren una carga positiva al contacto con los materiales aparezcan más arriba en la serie que aquellos que adquieren una carga negativa al contacto, no se ha establecido una serie universalmente reconocida.

Cuando un sólido y un líquido se encuentran (para formar un interfaz sólido-líquido), la transferencia de carga ocurre debido a la migración de iones que están presentes en el líquido. Estos iones surgen de la disociación de las impurezas que puedan estar presentes o por reacciones electroquímicas de oxidación-reducción. Dado que, en la práctica, no existen líquidos perfectamente puros, siempre habrá al menos algunos iones positivos y negativos en el líquido disponibles para unirse a la interfaz líquido-sólido. Hay muchos tipos de mecanismos por los cuales puede ocurrir esta unión (p. ej., adherencia electrostática a superficies metálicas, absorción química, inyección electrolítica, disociación de grupos polares y, si la pared del recipiente es aislante, reacciones líquido-sólido).

Dado que las sustancias que se disuelven (disocian) son eléctricamente neutras, generarán el mismo número de cargas positivas y negativas. La electrificación ocurre solo si las cargas positivas o negativas se adhieren preferentemente a la superficie del sólido. Si esto ocurre, se forma una capa muy compacta, conocida como capa de Helmholtz. Debido a que la capa de Helmholtz está cargada, atraerá iones de polaridad opuesta. Estos iones se agruparán en una capa más difusa, conocida como capa de Gouy, que descansa sobre la superficie de la capa compacta de Helmholtz. El espesor de la capa de Gouy aumenta con la resistividad del líquido. Los líquidos conductores forman capas de Gouy muy finas.

Esta doble capa se separará si el líquido fluye, quedando la capa de Helmholtz unida a la interfaz y siendo arrastrada la capa de Gouy por el líquido que fluye. El movimiento de estas capas cargadas produce una diferencia de potencial (el zeta potencial), y la corriente inducida por las cargas en movimiento se conoce como transmisión de corriente. La cantidad de carga que se acumula en el líquido depende de la velocidad a la que los iones se difunden hacia la interfase y de la resistividad del líquido. (R). Sin embargo, la corriente de transmisión es constante a lo largo del tiempo.

Ni los líquidos muy aislantes ni los muy conductores se cargarán; el primero porque hay muy pocos iones presentes y el segundo porque en los líquidos que conducen muy bien la electricidad, los iones se recombinarán muy rápidamente. En la práctica, la electrificación ocurre solo en líquidos con resistividad mayor a 107Ωm o menos de 1011Ωm, con los valores más altos observados para r 109 al 1011 Ω m.

Los líquidos que fluyen inducirán la acumulación de carga en las superficies aislantes sobre las que fluyen. La medida en que se acumulará la densidad de carga superficial está limitada por (1) la rapidez con la que los iones del líquido se recombinan en la interfaz líquido-sólido, (2) la rapidez con la que los iones del líquido se conducen a través del aislante, o ( 3) si se produce un arco superficial o masivo a través del aislador y, por lo tanto, se descarga la carga. El flujo turbulento y el flujo sobre superficies rugosas favorecen la electrificación.

Cuando se aplica un alto voltaje, digamos varios kilovoltios, a un cuerpo cargado (un electrodo) que tiene un radio pequeño (por ejemplo, un alambre), el campo eléctrico en la vecindad inmediata del cuerpo cargado es alto, pero disminuye rápidamente con distancia. Si hay una descarga de las cargas almacenadas, la descarga se limitará a la región en la que el campo eléctrico es más fuerte que la rigidez dieléctrica de la atmósfera circundante, fenómeno conocido como efecto corona, porque el arco también emite luz. (Es posible que las personas hayan visto que se formaban pequeñas chispas cuando experimentaron personalmente una descarga de electricidad estática).

La densidad de carga en una superficie aislante también puede cambiarse por los electrones en movimiento generados por un campo eléctrico de alta intensidad. Estos electrones generarán iones a partir de cualquier molécula de gas en la atmósfera con la que entren en contacto. Cuando la carga eléctrica del cuerpo es positiva, el cuerpo cargado repelerá los iones positivos que se hayan creado. Los electrones creados por objetos cargados negativamente perderán energía a medida que se alejan del electrodo y se unirán a las moléculas de gas en la atmósfera, formando así iones negativos que continúan alejándose de los puntos de carga. Estos iones positivos y negativos pueden descansar sobre cualquier superficie aislante y modificarán la densidad de carga de la superficie. Este tipo de carga es mucho más fácil de controlar y más uniforme que las cargas creadas por fricción. Hay límites a la extensión de los cargos que es posible generar de esta manera. El límite se describe matemáticamente en la ecuación 3 de la tabla 1.

Para generar cargas más altas, se debe aumentar la rigidez dieléctrica del entorno, ya sea creando un vacío o metalizando la otra superficie de la película aislante. La última estratagema atrae el campo eléctrico hacia el aislador y, en consecuencia, reduce la intensidad del campo en el gas circundante.

Cuando un conductor en un campo eléctrico (E) está conectado a tierra (ver figura 1), las cargas se pueden producir por inducción. En estas condiciones, el campo eléctrico induce la polarización, la separación de los centros de gravedad de los iones negativos y positivos del conductor. Un conductor puesto a tierra temporalmente en un solo punto llevará una carga neta cuando se desconecte de tierra, debido a la migración de cargas en la vecindad del punto. Esto explica por qué las partículas conductoras ubicadas en un campo uniforme oscilan entre electrodos, cargándose y descargándose en cada contacto.

Figura 1. Mecanismo de carga de un conductor por inducción.

ELE030F1

Peligros asociados con la electricidad estática

Los efectos nocivos causados ​​por la acumulación de electricidad estática van desde la incomodidad que se experimenta al tocar un objeto cargado, como la manija de una puerta, hasta lesiones muy graves, incluso fatales, que pueden ocurrir por una explosión inducida por electricidad estática. El efecto fisiológico de las descargas electrostáticas en los seres humanos varía desde un pinchazo incómodo hasta acciones reflejas violentas. Estos efectos son producidos por la corriente de descarga y, especialmente, por la densidad de corriente sobre la piel.

En este artículo describiremos algunas formas prácticas en las que las superficies y los objetos pueden cargarse (electrificación). Cuando el campo eléctrico inducido supera la capacidad del entorno circundante para soportar la carga (es decir, supera la rigidez dieléctrica del entorno), se produce una descarga. (En el aire, la rigidez dieléctrica se describe mediante la curva de Paschen y es una función del producto de la presión y la distancia entre los cuerpos cargados).

Los vertidos disruptivos pueden adoptar las siguientes formas:

  • chispas o arcos que unen dos cuerpos cargados (dos electrodos metálicos)
  • descargas parciales o de cepillo que unen un electrodo metálico y un aislador, o incluso dos aisladores; estas descargas se denominan parciales porque la trayectoria conductora no cortocircuita totalmente dos electrodos metálicos, sino que suele ser múltiple y similar a una escobilla.
  • descargas de corona, también conocidas como efectos puntuales, que surgen en el fuerte campo eléctrico alrededor de cuerpos o electrodos cargados de radio pequeño.

 

Los conductores aislados tienen una capacitancia neta C relativo al suelo. Esta relación entre carga y potencial se expresa en la ecuación 5 de la tabla 1.

Una persona que usa zapatos aislantes es un ejemplo común de un conductor aislado. El cuerpo humano es un conductor electrostático, con una capacidad típica relativa a tierra de aproximadamente 150 pF y un potencial de hasta 30 kV. Debido a que las personas pueden ser conductores aislantes, pueden experimentar descargas electrostáticas, como la sensación más o menos dolorosa que a veces se produce cuando una mano se acerca a la manija de una puerta u otro objeto metálico. Cuando el potencial alcance aproximadamente 2 kV, se experimentará el equivalente a una energía de 0.3 mJ, aunque este umbral varía de persona a persona. Las descargas más fuertes pueden provocar movimientos incontrolables que provoquen caídas. En el caso de los trabajadores que utilizan herramientas, los movimientos reflejos involuntarios pueden provocar lesiones a la víctima y a otras personas que puedan estar trabajando cerca. Las ecuaciones 6 a 8 en la tabla 1 describen el curso temporal del potencial.

El arco real ocurrirá cuando la fuerza del campo eléctrico inducido exceda la fuerza dieléctrica del aire. Debido a la rápida migración de cargas en los conductores, esencialmente todas las cargas fluyen hacia el punto de descarga, liberando toda la energía almacenada en una chispa. Esto puede tener serias implicaciones cuando se trabaja con sustancias inflamables o explosivas o en condiciones inflamables.

La aproximación de un electrodo conectado a tierra a una superficie aislante cargada modifica el campo eléctrico e induce una carga en el electrodo. A medida que las superficies se acercan, la intensidad del campo aumenta, lo que eventualmente conduce a una descarga parcial de la superficie aislada cargada. Debido a que las cargas en las superficies aislantes son poco móviles, solo una pequeña proporción de la superficie participa en la descarga, y la energía liberada por este tipo de descarga es, por lo tanto, mucho menor que en los arcos.

La carga y la energía transferida parecen ser directamente proporcionales al diámetro del electrodo metálico, hasta aproximadamente 20 mm. La polaridad inicial del aislador también influye en la carga y la energía transferida. Las descargas parciales de superficies con carga positiva son menos energéticas que las de carga negativa. Es imposible determinar, a priori, la energía transferida por una descarga desde una superficie aislante, en contraste con la situación que involucra superficies conductoras. De hecho, debido a que la superficie aislante no es equipotencial, ni siquiera es posible definir las capacidades involucradas.

Descarga progresiva

Vimos en la ecuación 3 (tabla 1) que la densidad de carga superficial de una superficie aislante en el aire no puede exceder los 2,660 pC/cm2.

Si consideramos una placa aislante o una película de espesor a, que descansa sobre un electrodo metálico o que tiene una cara metálica, es fácil demostrar que el campo eléctrico es atraído hacia el aislador por la carga inducida en el electrodo a medida que las cargas se depositan en la cara no metálica. Como resultado, el campo eléctrico en el aire es muy débil y más bajo de lo que sería si una de las caras no fuera metálica. En este caso, la rigidez dieléctrica del aire no limita la acumulación de carga sobre la superficie aislante, y es posible alcanzar densidades de carga superficial muy elevadas (>2,660 pC/cm2). Esta acumulación de carga aumenta la conductividad superficial del aislador.

Cuando un electrodo se acerca a una superficie aislante, se produce una descarga progresiva que afecta a una gran parte de la superficie cargada que se ha vuelto conductora. Debido a las grandes superficies involucradas, este tipo de descarga libera grandes cantidades de energía. En el caso de las películas, el campo de aire es muy débil y la distancia entre el electrodo y la película no debe ser mayor que el espesor de la película para que se produzca una descarga. También puede ocurrir una descarga progresiva cuando un aislador cargado se separa de su capa inferior metálica. Bajo estas circunstancias, el campo de aire aumenta abruptamente y toda la superficie del aislador se descarga para restablecer el equilibrio.

Descargas electrostáticas y riesgos de incendio y explosión

En atmósferas explosivas, las reacciones de oxidación exotérmicas violentas, que involucran la transferencia de energía a la atmósfera, pueden desencadenarse por:

  • llamas abiertas
  • chispas electricas
  • chispas de radiofrecuencia cerca de una fuente de radio fuerte
  • chispas producidas por colisiones (p. ej., entre metal y hormigón)
  • descargas electrostáticas.

 

Nos interesa aquí sólo el último caso. Los puntos de inflamación (la temperatura a la cual los vapores líquidos se encienden al contacto con una llama desnuda) de varios líquidos y la temperatura de autoignición de varios vapores se dan en la Sección Química de este Enciclopedia. El peligro de incendio asociado con las descargas electrostáticas se puede evaluar con referencia al límite inferior de inflamabilidad de gases, vapores y aerosoles sólidos o líquidos. Este límite puede variar considerablemente, como ilustra la tabla 3.

Tabla 3. Límites de inflamabilidad inferiores típicos

Descarga

Límite

algunos polvos

varios julios

Aerosoles muy finos de azufre y aluminio

Varios milijulios

Vapores de hidrocarburos y otros líquidos orgánicos

200 microjulios

hidrógeno y acetileno

20 microjulios

explosivos

1 microjulio

 

Una mezcla de aire y un gas o vapor inflamable puede explotar solo cuando la concentración de la sustancia inflamable se encuentra entre sus límites explosivos superior e inferior. Dentro de este rango, la energía mínima de ignición (MIE), la energía que debe poseer una descarga electrostática para encender la mezcla, depende en gran medida de la concentración. Se ha demostrado consistentemente que la energía mínima de ignición depende de la velocidad de liberación de energía y, por extensión, de la duración de la descarga. El radio del electrodo también es un factor:

  • Los electrodos de diámetro pequeño (del orden de varios milímetros) producen descargas de corona en lugar de chispas.
  • Con electrodos de mayor diámetro (del orden de varios centímetros), la masa del electrodo sirve para enfriar las chispas.

 

En general, los MIE más bajos se obtienen con electrodos que son lo suficientemente grandes para evitar las descargas de corona.

El MIE también depende de la distancia entre electrodos, y es más bajo en la distancia de extinción ("distancia de pincement"), la distancia a la que la energía producida en la zona de reacción supera las pérdidas térmicas en los electrodos. Se ha demostrado experimentalmente que cada sustancia inflamable tiene una distancia máxima de seguridad, correspondiente a la distancia mínima entre electrodos a la que puede producirse una explosión. Para los hidrocarburos, esto es menos de 1 mm.

La probabilidad de explosiones de polvo depende de la concentración, con la probabilidad más alta asociada con concentraciones del orden de 200 a 500 g/m3. La MIE también depende del tamaño de las partículas, ya que los polvos más finos explotan más fácilmente. Tanto para gases como para aerosoles, la MIE disminuye con la temperatura.

Ejemplos industriales

Muchos procesos que se utilizan habitualmente para manipular y transportar productos químicos generan cargas electrostáticas. Éstas incluyen:

  • verter polvos de sacos
  • proyección
  • transporte en tuberias
  • agitación de líquidos, especialmente en presencia de múltiples fases, sólidos en suspensión o gotitas de líquidos no miscibles
  • pulverización o nebulización de líquidos.

 

Las consecuencias de la generación de carga electrostática incluyen problemas mecánicos, peligro de descarga electrostática para los operadores y, si se utilizan productos que contienen disolventes o vapores inflamables, incluso explosión (consulte la tabla 4).

Cuadro 4. Cargo específico asociado a operaciones industriales seleccionadas

Operación

Cargo específico
(q/m) (C/kg)

examen en línea.

10-8 -10-11

Llenado o vaciado de silos

10-7 -10-9

Transporte por tornillo sinfín

10-6 -10-8

Molienda

10-6 -10-7

micronización

10-4 -10-7

Transporte neumático

10-4 -10-6

 

Los hidrocarburos líquidos, como el petróleo, el queroseno y muchos solventes comunes, tienen dos características que los hacen particularmente sensibles a los problemas de electricidad estática:

  • alta resistividad, lo que les permite acumular altos niveles de carga
  • vapores inflamables, que aumentan el riesgo de que las descargas de baja energía provoquen incendios y explosiones.

 

Se pueden generar cargas durante el flujo de transporte (p. ej., a través de tuberías, bombas o válvulas). El paso a través de filtros finos, como los que se utilizan durante el llenado de los tanques de los aviones, puede generar densidades de carga de varios cientos de microculombios por metro cúbico. La sedimentación de partículas y la generación de neblinas o espumas cargadas durante el llenado de tanques también pueden generar cargas.

Entre 1953 y 1971, la electricidad estática fue responsable de 35 incendios y explosiones durante o después del llenado de tanques de queroseno, e incluso más accidentes ocurrieron durante el llenado de tanques de camiones. La presencia de filtros o salpicaduras durante el llenado (debido a la generación de espumas o neblinas) fueron los factores de riesgo más comúnmente identificados. También se han producido accidentes a bordo de petroleros, especialmente durante la limpieza de tanques.

Principios de la Prevención de la Electricidad Estática

Todos los problemas relacionados con la electricidad estática derivan de:

  • generacion de cargas electricas
  • acumulación de estas cargas en aisladores o conductores aislados
  • campo eléctrico producido por estas cargas, que a su vez resulta en una fuerza o una descarga disruptiva.

 

Las medidas preventivas buscan evitar la acumulación de cargas electrostáticas, y la estrategia de elección es evitar generar las cargas eléctricas en primer lugar. Si esto no es posible, se deben implementar medidas diseñadas para poner a tierra los cargos. Finalmente, si las descargas son inevitables, los objetos sensibles deben protegerse de los efectos de las descargas.

Supresión o reducción de la generación de carga electrostática

Este es el primer acercamiento a la prevención electrostática que debe emprenderse, porque es la única medida preventiva que elimina el problema en su origen. Sin embargo, como se discutió anteriormente, las cargas se generan cada vez que dos materiales, al menos uno de los cuales es aislante, entran en contacto y luego se separan. En la práctica, la generación de carga puede ocurrir incluso con el contacto y la separación de un material consigo mismo. De hecho, la generación de carga involucra las capas superficiales de los materiales. Debido a que la más mínima diferencia en la humedad de la superficie o la contaminación de la superficie da como resultado la generación de cargas estáticas, es imposible evitar la generación de carga por completo.

Para reducir la cantidad de cargas generadas por las superficies que entran en contacto:

  • Evite que los materiales entren en contacto entre sí si tienen afinidades electrónicas muy diferentes, es decir, si están muy separados en la serie triboeléctrica. Por ejemplo, evite el contacto entre vidrio y teflón (PTFE), o entre PVC y poliamida (nylon) (ver tabla 2).
  • Reducir la tasa de flujo entre los materiales. Esto reduce la velocidad de corte entre los materiales sólidos. Por ejemplo, se puede reducir el caudal de extrusión de películas plásticas, del movimiento de materiales triturados en un transportador o de líquidos en una tubería.

 

No se han establecido límites de seguridad definitivos para los caudales. El estándar británico BS-5958-Parte 2  Código de prácticas para el control de la electricidad estática no deseada recomienda que el producto de la velocidad (en metros por segundo) y el diámetro de la tubería (en metros) sea inferior a 0.38 para líquidos con conductividades inferiores a 5 pS/m (en picosiemens por metro) e inferiores a 0.5 para líquidos con conductividades superiores a 5 pS/m. Este criterio es válido únicamente para líquidos monofásicos transportados a velocidades no superiores a 7 m/s.

Cabe señalar que la reducción de la velocidad de flujo o de corte no solo reduce la generación de carga, sino que también ayuda a disipar cualquier carga que se genere. Esto se debe a que las velocidades de flujo más bajas dan como resultado tiempos de residencia más altos que los asociados con las zonas de relajación, donde las tasas de flujo se reducen mediante estrategias como el aumento del diámetro de la tubería. Esto, a su vez, aumenta la puesta a tierra.

Puesta a tierra de electricidad estática

La regla básica de la prevención electrostática es eliminar las diferencias de potencial entre los objetos. Esto se puede hacer conectándolos o poniéndolos a tierra. Los conductores aislados, sin embargo, pueden acumular cargas y, por lo tanto, pueden cargarse por inducción, un fenómeno que es exclusivo de ellos. Las descargas de los conductores pueden tomar la forma de chispas de alta energía y peligrosas.

Esta regla es coherente con las recomendaciones relativas a la prevención de descargas eléctricas, que también requieren que todas las partes metálicas accesibles de los equipos eléctricos estén conectadas a tierra como en la norma francesa. Instalaciones eléctricas de baja tensión (NFC 15-100). Para máxima seguridad electrostática, nuestra preocupación aquí, esta regla debe generalizarse a todos los elementos conductores. Esto incluye marcos de mesas de metal, manijas de puertas, componentes electrónicos, tanques utilizados en las industrias químicas y chasis de vehículos utilizados para el transporte de hidrocarburos.

Desde el punto de vista de la seguridad electrostática, el mundo ideal sería uno en el que todo fuera conductor y estuviera permanentemente conectado a tierra, transfiriendo así todas las cargas a la tierra. En estas circunstancias, todo sería permanentemente equipotencial y el campo eléctrico —y el riesgo de descarga— sería, en consecuencia, cero. Sin embargo, casi nunca es posible alcanzar este ideal, por las siguientes razones:

  • No todos los productos que deben manipularse son conductores, y muchos no pueden volverse conductores mediante el uso de aditivos. Los productos agrícolas y farmacéuticos y los líquidos de alta pureza son ejemplos de estos.
  • Las propiedades deseables del producto final, como la transparencia óptica o la baja conductividad térmica, pueden impedir el uso de materiales conductores.
  • Es imposible conectar a tierra permanentemente equipos móviles como carros de metal, herramientas electrónicas inalámbricas, vehículos e incluso operadores humanos.

 

Protección contra descargas electrostáticas

Debe tenerse en cuenta que esta sección se ocupa únicamente de la protección de equipos sensibles a la electricidad estática contra descargas inevitables, la reducción de la generación de carga y la eliminación de cargas. La capacidad de proteger el equipo no elimina la necesidad fundamental de prevenir la acumulación de carga electrostática en primer lugar.

Como ilustra la figura 2, todos los problemas electrostáticos involucran una fuente de descarga electrostática (el objeto inicialmente cargado), un objetivo que recibe la descarga y el entorno a través del cual viaja la descarga (descarga dieléctrica). Cabe señalar que tanto el objetivo como el entorno pueden ser electroestáticamente sensibles. En la tabla 5 se enumeran algunos ejemplos de elementos sensibles.

Figura 2. Esquema del problema de descarga electrostática

ELE030F2

Tabla 6. Ejemplos de equipos sensibles a descargas electrostáticas

Elemento sensible

Ejemplos

Fuente

Un operador que toca la manija de una puerta o el chasis de un automóvil A
Componente electrónico cargado que entra en contacto con un
objeto conectado a tierra

Target

Componentes o materiales electrónicos que tocan un operador cargado

Entorno

Una mezcla explosiva inflamada por una descarga electrostática

 

Protección de los trabajadores

Los trabajadores que tengan motivos para creer que se han cargado eléctricamente (por ejemplo, al bajarse de un vehículo en tiempo seco o al caminar con cierto tipo de calzado), pueden aplicar una serie de medidas de protección, como las siguientes:

  • Reduzca la densidad de corriente al nivel de la piel tocando un conductor conectado a tierra con una pieza de metal, como una llave o una herramienta.
  • Reduzca el valor máximo de la corriente descargando a un objeto de disipación, si hay uno disponible (una mesa o un dispositivo especial, como una muñequera protectora con resistencia en serie).

 

Protección en atmósferas explosivas

En atmósferas explosivas, es el propio entorno el que es sensible a las descargas electrostáticas, y las descargas pueden provocar una ignición o una explosión. La protección en estos casos consiste en sustituir el aire, bien por una mezcla gaseosa cuyo contenido de oxígeno sea inferior al límite inferior de explosividad, bien por un gas inerte, como el nitrógeno. El gas inerte se ha utilizado en silos y recipientes de reacción en las industrias química y farmacéutica. En este caso, se necesitan las precauciones adecuadas para asegurar que los trabajadores reciban un suministro de aire adecuado.

 

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Lunes, febrero 28 2011 19: 43

Prevención y Normas

Riesgos y Medidas Preventivas en Instalaciones Eléctricas

Los numerosos componentes que componen las instalaciones eléctricas presentan diversos grados de robustez. Sin embargo, independientemente de su fragilidad inherente, todos deben funcionar de manera confiable en condiciones rigurosas. Desafortunadamente, incluso en las mejores circunstancias, los equipos eléctricos están sujetos a fallas que pueden provocar lesiones humanas o daños materiales.

La operación segura de las instalaciones eléctricas es el resultado de un buen diseño inicial, no la mera actualización de los sistemas de seguridad. Esto es un corolario del hecho de que mientras la corriente fluye a la velocidad de la luz, todos los sistemas electromecánicos y electrónicos presentan latencias de reacción, provocadas principalmente por la inercia térmica, la inercia mecánica y las condiciones de mantenimiento. Estas latencias, cualquiera que sea su origen, son lo suficientemente largas como para permitir que los seres humanos resulten heridos y los equipos dañados (Lee, Capelli-Schellpfeffer y Kelly 1994; Lee, Cravalho y Burke 1992; Kane y Sternheim 1978).

Es esencial que el equipo sea instalado y mantenido por personal calificado. Cabe destacar que las medidas técnicas son necesarias tanto para garantizar el funcionamiento seguro de las instalaciones como para proteger a las personas y los equipos.

Introducción a los riesgos eléctricos

El funcionamiento adecuado de las instalaciones eléctricas requiere que la maquinaria, el equipo y los circuitos y líneas eléctricos estén protegidos de los peligros causados ​​tanto por factores internos (es decir, que surgen dentro de la instalación) como externos (Andreoni y Castagna 1983).

Las causas internas incluyen:

  • sobretensiones
  • Corto circuitos
  • modificación de la forma de onda de la corriente
  • inducción
  • interferencia
  • sobrecorrientes
  • corrosión, lo que provoca fugas de corriente eléctrica a tierra
  • Calentamiento de materiales conductores y aislantes, lo que puede provocar quemaduras al operador, emisiones de gases tóxicos, incendios de componentes y, en atmósferas inflamables, explosiones.
  • fugas de fluidos aislantes, como aceite
  • generación de hidrógeno u otros gases que puedan dar lugar a la formación de mezclas explosivas.

 

Cada combinación peligro-equipo requiere medidas de protección específicas, algunas de las cuales son obligatorias por ley o reglamentos técnicos internos. Los fabricantes tienen la responsabilidad de conocer las estrategias técnicas específicas capaces de reducir los riesgos.

Las causas externas incluyen:

  • factores mecánicos (caídas, golpes, vibraciones)
  • factores físicos y químicos (radiaciones naturales o artificiales, temperaturas extremas, aceites, líquidos corrosivos, humedad)
  • viento, hielo, rayo
  • vegetación (árboles y raíces, tanto secas como húmedas)
  • animales (tanto en entornos urbanos como rurales); estos pueden dañar el aislamiento de la línea de alimentación y, por lo tanto, provocar cortocircuitos o falsos contactos.

y por último pero no menos importante,

  • adultos y niños descuidados, imprudentes o ignorantes de los riesgos y procedimientos operativos.

 

Otras causas externas incluyen la interferencia electromagnética de fuentes como líneas de alta tensión, receptores de radio, máquinas de soldar (capaces de generar sobretensiones transitorias) y solenoides.

Las causas de problemas más frecuentes surgen del mal funcionamiento o no estándar:

  • equipos de protección mecánica, térmica o química
  • sistemas de ventilación, sistemas de enfriamiento de máquinas, equipos, líneas o circuitos
  • coordinación de aisladores utilizados en diferentes partes de la planta
  • coordinación de fusibles y disyuntores automáticos.

 

Un solo fusible o disyuntor automático es incapaz de proporcionar una protección adecuada contra sobrecorriente en dos circuitos diferentes. Los fusibles o los interruptores automáticos pueden brindar protección contra fallas de fase-neutro, pero la protección contra fallas de fase-tierra requiere interruptores automáticos de corriente residual.

  • uso de relés de tensión y descargadores para coordinar los sistemas de protección
  • sensores y componentes mecánicos o eléctricos de los sistemas de protección de la instalación
  • Separación de circuitos a diferentes voltajes (se deben mantener espacios de aire adecuados entre los conductores; las conexiones deben estar aisladas; los transformadores deben estar equipados con pantallas conectadas a tierra y protección adecuada contra sobretensiones, y tener bobinas primarias y secundarias completamente separadas)
  • códigos de color u otras disposiciones adecuadas para evitar la identificación errónea de cables
  • confundir la fase activa con un conductor neutro provoca la electrificación de los componentes metálicos externos del equipo
  • equipo de protección contra interferencias electromagnéticas.

 

Estos son particularmente importantes para la instrumentación y las líneas utilizadas para la transmisión de datos o el intercambio de señales de protección y/o control. Se deben mantener espacios adecuados entre las líneas, o se deben usar filtros y protectores. Los cables de fibra óptica se utilizan a veces para los casos más críticos.

El riesgo asociado con las instalaciones eléctricas aumenta cuando el equipo está sujeto a condiciones de operación severas, más comúnmente como resultado de peligros eléctricos en ambientes húmedos o mojados.

Las delgadas capas conductoras de líquido que se forman sobre superficies metálicas y aislantes en ambientes húmedos o mojados crean vías de corriente nuevas, irregulares y peligrosas. La infiltración de agua reduce la eficiencia del aislamiento y, si el agua penetra en el aislamiento, puede provocar fugas de corriente y cortocircuitos. Estos efectos no solo dañan las instalaciones eléctricas sino que aumentan considerablemente los riesgos para las personas. Este hecho justifica la necesidad de normas especiales para el trabajo en ambientes hostiles como sitios al aire libre, instalaciones agrícolas, sitios de construcción, baños, minas y bodegas, y algunos entornos industriales.

Se encuentran disponibles equipos que brindan protección contra la lluvia, las salpicaduras laterales o la inmersión total. Idealmente, el equipo debe estar cerrado, aislado y resistente a la corrosión. Los recintos metálicos deben estar conectados a tierra. El mecanismo de falla en estos ambientes húmedos es el mismo que se observa en atmósferas húmedas, pero los efectos pueden ser más severos.

Riesgos eléctricos en atmósferas polvorientas

Los polvos finos que ingresan a las máquinas y equipos eléctricos causan abrasión, particularmente de las partes móviles. Los polvos conductores también pueden causar cortocircuitos, mientras que los polvos aislantes pueden interrumpir el flujo de corriente y aumentar la resistencia de contacto. Las acumulaciones de polvo fino o grueso alrededor de las cajas de los equipos son depósitos potenciales de humedad y agua. El polvo seco es un aislante térmico, reduce la dispersión del calor y aumenta la temperatura local; esto puede dañar los circuitos eléctricos y provocar incendios o explosiones.

Los sistemas a prueba de agua y explosión deben instalarse en sitios industriales o agrícolas donde se llevan a cabo procesos polvorientos.

Peligros eléctricos en atmósferas explosivas o en sitios que contienen materiales explosivos

Las explosiones, incluidas las de atmósferas que contengan gases y polvos explosivos, pueden desencadenarse abriendo y cerrando circuitos eléctricos vivos, o por cualquier otro proceso transitorio capaz de generar chispas de suficiente energía.

Este peligro está presente en sitios como:

  • minas y sitios subterráneos donde se pueden acumular gases, especialmente metano
  • industrias químicas
  • cuartos de almacenamiento de baterías de plomo, donde se puede acumular hidrógeno
  • la industria alimentaria, donde se pueden generar polvos orgánicos naturales
  • la industria de materiales sintéticos
  • metalurgia, especialmente la relacionada con el aluminio y el magnesio.

 

Cuando este peligro esté presente, se debe minimizar la cantidad de circuitos y equipos eléctricos, por ejemplo, eliminando motores y transformadores eléctricos o reemplazándolos con equipos neumáticos. El equipo eléctrico que no se pueda quitar debe estar encerrado, para evitar cualquier contacto de gases y polvos inflamables con chispas, y se debe mantener una atmósfera de gas inerte a presión positiva dentro del recinto. Se deben utilizar recintos a prueba de explosiones y cables eléctricos a prueba de fuego donde exista la posibilidad de explosión. Se ha desarrollado una gama completa de equipos a prueba de explosiones para algunas industrias de alto riesgo (por ejemplo, las industrias petrolera y química).

Debido al alto costo de los equipos a prueba de explosiones, las plantas se dividen comúnmente en zonas de riesgo eléctrico. En este enfoque, se utiliza equipo especial en zonas de alto riesgo, mientras que en otras se acepta una cierta cantidad de riesgo. Se han desarrollado varios criterios específicos de la industria y soluciones técnicas; estos generalmente implican alguna combinación de puesta a tierra, segregación de componentes y la instalación de barreras de zonificación.

Compensación de potencial

Si todos los conductores, incluida la tierra, que se pueden tocar simultáneamente tuvieran el mismo potencial, no habría peligro para los humanos. Los sistemas de enlace equipotencial son un intento de lograr esta condición ideal (Andreoni y Castagna 1983; Lee, Cravalho y Burke 1992).

En la conexión equipotencial, todos los conductores expuestos de equipos eléctricos que no son de transmisión y todos los conductores extraños accesibles en el mismo sitio se conectan a un conductor de protección puesto a tierra. Cabe recordar que, si bien los conductores de los equipos que no son de transmisión están muertos durante el funcionamiento normal, pueden volverse activos después de una falla en el aislamiento. Al disminuir el voltaje de contacto, la conexión equipotencial evita que los componentes metálicos alcancen voltajes que son peligrosos tanto para las personas como para los equipos.

En la práctica, puede resultar necesario conectar la misma máquina a la red de conexión equipotencial en más de un punto. Las áreas de mal contacto, debido, por ejemplo, a la presencia de aislantes como lubricantes y pintura, deben identificarse cuidadosamente. Del mismo modo, es una buena práctica conectar todas las tuberías de servicio locales y externas (por ejemplo, agua, gas y calefacción) a la red de conexión equipotencial.

Toma de tierra

En la mayoría de los casos, es necesario minimizar la caída de tensión entre los conductores de la instalación y tierra. Esto se logra conectando los conductores a un conductor de protección puesto a tierra.

Hay dos tipos de conexiones a tierra:

  • puestas a tierra funcionales, por ejemplo, poner a tierra el conductor neutro de un sistema trifásico o el punto medio de la bobina secundaria de un transformador
  • tierras de protección, por ejemplo, poner a tierra todos los conductores de un equipo. El objeto de este tipo de conexión a tierra es minimizar los voltajes de los conductores al crear un camino preferencial para las corrientes de falla, especialmente aquellas corrientes que probablemente afecten a los humanos.

 

En condiciones normales de funcionamiento, no fluye corriente a través de las conexiones a tierra. Sin embargo, en caso de activación accidental del circuito, el flujo de corriente a través de la conexión a tierra de baja resistencia es lo suficientemente alto como para derretir el fusible o los conductores sin conexión a tierra.

El voltaje de falla máximo en redes equipotenciales permitido por la mayoría de los estándares es de 50 V para ambientes secos, 25 V para ambientes mojados o húmedos y 12 V para laboratorios médicos y otros ambientes de alto riesgo. Si bien estos valores son solo orientativos, se debe enfatizar la necesidad de asegurar una adecuada puesta a tierra en los lugares de trabajo, espacios públicos y especialmente en las residencias.

La eficiencia de la puesta a tierra depende principalmente de la existencia de corrientes de fuga a tierra elevadas y estables, pero también del adecuado acoplamiento galvánico de la red equipotencial y del diámetro de los conductores que llegan a la red. Debido a la importancia de la fuga a tierra, debe evaluarse con gran precisión.

Las conexiones a tierra deben ser tan confiables como las redes equipotenciales, y su correcto funcionamiento debe verificarse periódicamente.

A medida que aumenta la resistencia de tierra, el potencial tanto del conductor de puesta a tierra como de la tierra alrededor del conductor se aproxima al del circuito eléctrico; en el caso de la tierra alrededor del conductor, el potencial generado es inversamente proporcional a la distancia del conductor. Para evitar tensiones de paso peligrosas, los conductores de tierra deben estar debidamente blindados y enterrados a profundidades adecuadas.

Como alternativa a la puesta a tierra de los equipos, las normas permiten el uso de equipos con doble aislamiento. Este equipo, recomendado para uso en entornos residenciales, minimiza la posibilidad de fallas en el aislamiento al proporcionar dos sistemas de aislamiento separados. No se puede confiar en el equipo con doble aislamiento para proteger adecuadamente contra fallas de interfaz, como las asociadas con enchufes sueltos pero activos, ya que los estándares de enchufes y tomas de pared de algunos países no abordan el uso de tales enchufes.

Rompedores de circuito

El método más seguro para reducir los peligros eléctricos para las personas y los equipos es minimizar la duración de la corriente de falla y el aumento de voltaje, idealmente antes de que la energía eléctrica haya comenzado a aumentar. Los sistemas de protección en equipos eléctricos suelen incorporar tres relés: un relé de corriente residual para proteger contra fallas a tierra, un relé magnético y un relé térmico para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos.

En los interruptores automáticos de corriente residual, los conductores del circuito están enrollados alrededor de un anillo que detecta la suma vectorial de las corrientes que entran y salen del equipo a proteger. La suma vectorial es igual a cero durante el funcionamiento normal, pero es igual a la corriente de fuga en caso de falla. Cuando la corriente de fuga alcanza el umbral del interruptor, el interruptor se dispara. Los interruptores automáticos de corriente residual pueden dispararse con corrientes de hasta 30 mA, con latencias de hasta 30 ms.

La corriente máxima que un conductor puede transportar con seguridad es una función de su área de sección transversal, aislamiento e instalación. Se producirá sobrecalentamiento si se excede la carga máxima segura o si se limita la disipación de calor. Los dispositivos de sobrecorriente, como fusibles y disyuntores magnetotérmicos, interrumpen automáticamente el circuito si se produce un flujo de corriente excesivo, fallas a tierra, sobrecarga o cortocircuitos. Los dispositivos de sobrecorriente deben interrumpir el flujo de corriente cuando excede la capacidad del conductor.

La selección de equipos de protección capaces de proteger tanto al personal como al equipo es una de las cuestiones más importantes en la gestión de las instalaciones eléctricas y debe tener en cuenta no solo la capacidad de conducción de corriente de los conductores, sino también las características de los circuitos y los equipos conectados a ellos. a ellos.

Se deben utilizar fusibles o disyuntores especiales de alta capacidad en circuitos que lleven cargas de corriente muy altas.

fusibles

Hay varios tipos de fusibles disponibles, cada uno diseñado para una aplicación específica. El uso de un tipo de fusible incorrecto o de un fusible de capacidad incorrecta puede causar lesiones y dañar el equipo. La fusión excesiva con frecuencia da como resultado un cableado o equipo sobrecalentado, lo que a su vez puede provocar incendios.

Antes de reemplazar los fusibles, bloquee, etiquete y pruebe el circuito para verificar que esté muerto. Las pruebas pueden salvar vidas. A continuación, identifique la causa de cualquier cortocircuito o sobrecarga y reemplace los fusibles quemados con fusibles del mismo tipo y capacidad. Nunca inserte fusibles en un circuito vivo.

Rompedores de circuito

Aunque los interruptores automáticos se han utilizado durante mucho tiempo en circuitos de alta tensión con grandes capacidades de corriente, se utilizan cada vez más en muchos otros tipos de circuitos. Hay muchos tipos disponibles, que ofrecen una opción de inicio inmediato o retardado y operación manual o automática.

Los disyuntores se dividen en dos categorías generales: térmicos y magnéticos.

Los interruptores automáticos térmicos reaccionan únicamente ante un aumento de temperatura. Por lo tanto, las variaciones en la temperatura ambiente del interruptor automático afectarán el punto en el que se dispara el interruptor.

Los interruptores automáticos magnéticos, por otro lado, reaccionan únicamente a la cantidad de corriente que pasa por el circuito. Este tipo de disyuntor es preferible cuando las amplias fluctuaciones de temperatura requieran una sobrevaloración del disyuntor, o cuando el disyuntor se dispare con frecuencia.

En el caso de contacto con líneas que transportan cargas de alta corriente, los circuitos de protección no pueden evitar lesiones personales o daños al equipo, ya que están diseñados solo para proteger las líneas eléctricas y los sistemas del exceso de flujo de corriente causado por fallas.

Debido a la resistencia del contacto con la tierra, la corriente que pasa a través de un objeto que contacta simultáneamente con la línea y con la tierra normalmente será menor que la corriente de disparo. Las corrientes de falla que fluyen a través de los seres humanos pueden reducirse aún más por la resistencia del cuerpo hasta el punto en que no disparan el interruptor y, por lo tanto, son extremadamente peligrosas. Es virtualmente imposible diseñar un sistema de energía que prevenga lesiones o daños a cualquier objeto que falle en las líneas de energía sin dejar de ser un sistema de transmisión de energía útil, ya que los umbrales de disparo para los dispositivos de protección de circuitos relevantes están muy por encima del nivel de riesgo humano.

Normas y reglamentaciones

El marco de normas y reglamentos internacionales se ilustra en la figura 1 (Winckler 1994). Las filas corresponden al alcance geográfico de las normas, ya sea mundial (internacional), continental (regional) o nacional, mientras que las columnas corresponden a los campos de aplicación de las normas. Tanto la IEC como la Organización Internacional de Normalización (ISO) comparten una estructura paraguas, el Grupo Coordinador Conjunto de Presidentes (JPCG); el equivalente europeo es el Grupo Conjunto de Presidentes (JPG).

Figura 1. El marco de las normas y reglamentos internacionales

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Cada organismo de normalización celebra reuniones internacionales periódicas. La composición de los diversos órganos refleja el desarrollo de la normalización.

La Comité europeo de normalización electrotécnica (CENELEC) fue creado por los comités de ingeniería eléctrica de los países firmantes del Tratado de Roma de 1957 constitutivo de la Comunidad Económica Europea. A los seis miembros fundadores se unieron posteriormente los miembros de la Asociación Europea de Libre Comercio (AELC), y CENELEC en su forma actual data del 13 de febrero de 1972.

A diferencia de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), CENELEC se enfoca en la implementación de estándares internacionales en los países miembros más que en la creación de nuevos estándares. Es particularmente importante recordar que mientras que la adopción de las normas IEC por parte de los países miembros es voluntaria, la adopción de las normas y reglamentos CENELEC es obligatoria en la Unión Europea. Más del 90 % de las normas CENELEC se derivan de las normas IEC y más del 70 % de ellas son idénticas. La influencia de CENELEC también ha atraído el interés de los países de Europa del Este, la mayoría de los cuales se convirtieron en miembros afiliados en 1991.

La Asociación Internacional para Pruebas y Materiales, precursora de la ISO, como se la conoce hoy, fue fundada en 1886 y estuvo activa hasta la Primera Guerra Mundial, después de lo cual dejó de funcionar como asociación internacional. Algunas organizaciones nacionales, como la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM), sobrevivieron. En 1926, se fundó en Nueva York la International Standards Association (ISA), que estuvo activa hasta la Segunda Guerra Mundial. La ISA fue reemplazada en 1946 por la ISO, que es responsable de todos los campos excepto la ingeniería eléctrica y las telecomunicaciones. Él Comité europeo de normalización (CEN) es el equivalente europeo de ISO y tiene la misma función que CENELEC, aunque solo el 40% de los estándares CEN se derivan de los estándares ISO.

La ola actual de consolidación económica internacional crea la necesidad de bases de datos técnicas comunes en el campo de la normalización. Este proceso está actualmente en curso en varias partes del mundo, y es probable que surjan nuevos organismos de normalización fuera de Europa. CANENA es un organismo regional de normalización creado por los países del Tratado de Libre Comercio de América del Norte (TLCAN) (Canadá, Estados Unidos y México). El cableado de las instalaciones en los EE. UU. se rige por el Código Eléctrico Nacional, ANSI/NFPA 70-1996. Este Código también está en uso en varios otros países de América del Norte y América del Sur. Proporciona requisitos de instalación para instalaciones de cableado de locales más allá del punto de conexión al sistema de servicios públicos eléctricos. Cubre la instalación de conductores y equipos eléctricos dentro o sobre edificios públicos y privados, incluidas casas rodantes, vehículos recreativos y edificios flotantes, corrales de ganado, carnavales, estacionamientos y otros lotes, y subestaciones industriales. No cubre las instalaciones en barcos o embarcaciones que no sean edificios flotantes: parada de trenes, aeronaves o vehículos automotores. El Código Eléctrico Nacional tampoco se aplica a otras áreas que normalmente están reguladas por el Código Nacional de Seguridad Eléctrica, como las instalaciones de equipos de servicios públicos de comunicaciones e instalaciones de servicios públicos eléctricos.

Normas Europeas y Americanas para el Funcionamiento de Instalaciones Eléctricas

La norma europea EN 50110-1, Operación de Instalaciones Eléctricas (1994a) elaborado por CENELEC Task Force 63-3, es el documento básico que se aplica a la operación y actividades de trabajo en, con o cerca de instalaciones eléctricas. La norma establece los requisitos mínimos para todos los países CENELEC; las normas nacionales adicionales se describen en subpartes separadas de la norma (EN 50110-2).

La norma se aplica a las instalaciones diseñadas para la generación, transmisión, conversión, distribución y uso de energía eléctrica, y que operan a niveles de voltaje comúnmente encontrados. Aunque las instalaciones típicas funcionan con voltajes bajos, la norma también se aplica a las instalaciones de muy bajo y alto voltaje. Las instalaciones pueden ser permanentes y fijas (por ejemplo, instalaciones de distribución en fábricas o complejos de oficinas) o móviles.

Los procedimientos seguros de operación y mantenimiento para trabajos en o cerca de instalaciones eléctricas se establecen en la norma. Las actividades laborales aplicables incluyen trabajos no eléctricos, como la construcción cerca de líneas aéreas o cables subterráneos, además de todo tipo de trabajo eléctrico. Ciertas instalaciones eléctricas, como las de a bordo de aviones y barcos, no están sujetas a la norma.

El estándar equivalente en los Estados Unidos es el Código Nacional de Seguridad Eléctrica (NESC), Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (1990). El NESC se aplica a las instalaciones y funciones de servicios públicos desde el punto de generación de electricidad y señales de comunicación, a través de la red de transmisión, hasta el punto de entrega a las instalaciones de un cliente. Ciertas instalaciones, incluidas aquellas en minas y barcos, no están sujetas al NESC. Las pautas NESC están diseñadas para garantizar la seguridad de los trabajadores que participan en la instalación, operación o mantenimiento de líneas de suministro eléctrico y de comunicación y equipos asociados. Estas pautas constituyen el estándar mínimo aceptable para la seguridad pública y ocupacional bajo las condiciones especificadas. El código no pretende ser una especificación de diseño ni un manual de instrucciones. Formalmente, el NESC debe considerarse como un código de seguridad nacional aplicable a los Estados Unidos.

Las extensas reglas de las normas europeas y americanas prevén la realización segura de trabajos en instalaciones eléctricas.

El estándar europeo (1994a)

Definiciones

El estándar proporciona definiciones solo para los términos más comunes; más información está disponible en la Comisión Electrotécnica Internacional (1979). Para los efectos de esta norma, instalación eléctrica se refiere a todos los equipos involucrados en la generación, transmisión, conversión, distribución y uso de energía eléctrica. Esto incluye todas las fuentes de energía, incluidas las baterías y los condensadores (ENEL 1994; EDF-GDF 1991).

Principios básicos

Operación segura: El principio básico del trabajo seguro en, con o cerca de una instalación eléctrica es la necesidad de evaluar el riesgo eléctrico antes de comenzar el trabajo.

Personal: Las mejores reglas y procedimientos para trabajar en, con o cerca de instalaciones eléctricas no tienen ningún valor si los trabajadores no las conocen a fondo y no las cumplen estrictamente. Todo el personal involucrado en trabajos en, con o cerca de una instalación eléctrica debe ser instruido en los requisitos de seguridad, reglas de seguridad y políticas de la empresa aplicables a su trabajo. Cuando el trabajo sea largo o complejo, se repetirá esta instrucción. Los trabajadores estarán obligados a cumplir con estos requisitos, reglas e instrucciones.

Organización: Cada instalación eléctrica estará bajo la responsabilidad de la persona designada para el control de la instalación eléctrica. En los casos de empresas en las que participe más de una instalación, es esencial que las personas designadas para el control de cada instalación cooperen entre sí.

Cada actividad de trabajo será responsabilidad de la persona designada en control del trabajo. Cuando el trabajo comprenda subtareas, se designarán personas responsables de la seguridad de cada subtarea, cada una de las cuales reportará al coordinador. Una misma persona puede actuar como persona designada para el control de la obra y como persona designada para el control de la instalación eléctrica.

Comunicación: Esto incluye todos los medios de transmisión de información entre personas, es decir, palabra hablada (incluidos teléfonos, radio y voz), escritura (incluido fax) y medios visuales (incluidos paneles de instrumentos, video, señales y luces).

Se debe dar una notificación formal de toda la información necesaria para la operación segura de la instalación eléctrica, por ejemplo, arreglos de la red, estado de la aparamenta y la posición de los dispositivos de seguridad.

Sitio de trabajo: Se debe proporcionar un espacio de trabajo, acceso e iluminación adecuados en las instalaciones eléctricas en, con o cerca de las cuales se vaya a realizar cualquier trabajo.

Herramientas, equipos y procedimientos: Las herramientas, equipos y procedimientos deberán cumplir con los requisitos de las normas europeas, nacionales e internacionales pertinentes, cuando existan.

Dibujos e informes: Los planos e informes de la instalación deberán estar actualizados y fácilmente disponibles.

Señalización: Cuando la instalación esté en funcionamiento y durante cualquier trabajo, se colocarán carteles adecuados que llamen la atención sobre peligros específicos, según sea necesario.

Estándar de Procedimientos Operativos

Actividades de explotación: Las actividades de operación están diseñadas para cambiar el estado eléctrico de una instalación eléctrica. Hay dos tipos:

  • operaciones destinadas a modificar el estado eléctrico de una instalación eléctrica, por ejemplo, para utilizar equipos, conectar, desconectar, poner en marcha o parar una instalación o parte de una instalación para realizar un trabajo. Estas actividades se pueden realizar localmente o por control remoto.
  • la desconexión antes o la reconexión después de un trabajo muerto, debe ser realizada por trabajadores calificados o capacitados.

 

Comprobaciones funcionales: Esto incluye procedimientos de medición, prueba e inspección.

La medición se define como toda la gama de actividades utilizadas para recopilar datos físicos en las instalaciones eléctricas. La medición debe ser realizada por profesionales calificados.

Las pruebas incluyen todas las actividades diseñadas para verificar el funcionamiento o las condiciones eléctricas, mecánicas o térmicas de una instalación eléctrica. Las pruebas deben ser realizadas por trabajadores calificados.

La inspección es la verificación de que una instalación eléctrica cumple con las normas técnicas y de seguridad aplicables especificadas.

Procedimientos de trabajo

General: La persona designada para el control de la instalación eléctrica y la persona designada para el control del trabajo deberán asegurarse de que los trabajadores reciban instrucciones específicas y detalladas antes de comenzar el trabajo y al finalizarlo.

Antes del inicio del trabajo, la persona designada a cargo del trabajo deberá notificar a la persona designada a cargo del control de la instalación eléctrica de la naturaleza, el lugar y las consecuencias para la instalación eléctrica del trabajo previsto. Esta notificación se hará preferentemente por escrito, especialmente cuando la obra sea compleja.

Las actividades de trabajo se pueden dividir en tres categorías: trabajo muerto, trabajo vivo y trabajo en las proximidades de instalaciones vivas. Se han desarrollado medidas diseñadas para proteger contra descargas eléctricas, cortocircuitos y arcos para cada tipo de trabajo.

Inducción: Se deben tomar las siguientes precauciones cuando se trabaje en líneas eléctricas sujetas a corriente inducida:

  • puesta a tierra a intervalos apropiados; esto reduce el potencial entre los conductores y la tierra a un nivel seguro
  • conexión equipotencial del lugar de trabajo; esto evita que los trabajadores se introduzcan en el bucle de inducción.

 

Las condiciones climáticas: Cuando se vean relámpagos o se escuchen truenos, no se iniciarán ni continuarán trabajos en instalaciones exteriores o en instalaciones interiores conectadas directamente a líneas aéreas.

muerto-trabajando

Las siguientes prácticas básicas de trabajo asegurarán que las instalaciones eléctricas en el lugar de trabajo permanezcan muertas durante la duración del trabajo. A menos que existan contraindicaciones claras, las prácticas deben aplicarse en el orden indicado.

Desconexión completa: La sección de la instalación en la que se vaya a realizar el trabajo deberá estar aislada de todas las fuentes de suministro de corriente y asegurada contra la reconexión.

Protección contra la reconexión: Todos los dispositivos de corte utilizados para aislar la instalación eléctrica para la obra deberán ser bloqueados, preferentemente mediante bloqueo del mecanismo de operación.

Verificación de que la instalación está muerta: Se debe verificar la ausencia de corriente en todos los polos de la instalación eléctrica en el lugar de trabajo o lo más cerca posible del mismo.

Puesta a tierra y cortocircuito: En todos los sitios de trabajo de alto y algunos de bajo voltaje, todas las partes en las que se va a trabajar deben conectarse a tierra y cortocircuitarse después de haber sido desconectadas. Los sistemas de puesta a tierra y de cortocircuito se conectarán primero a tierra; los componentes que se van a poner a tierra deben conectarse al sistema solo después de haberlo puesto a tierra. En la medida de lo posible, los sistemas de puesta a tierra y de cortocircuito deben ser visibles desde el lugar de trabajo. Las instalaciones de baja y alta tensión tienen sus propios requisitos específicos. En este tipo de instalación, todos los lados de los lugares de trabajo y todos los conductores que ingresen al lugar deben estar conectados a tierra y cortocircuitados.

Protección contra partes vivas adyacentes: Se requieren medidas de protección adicionales si no se pueden desconectar partes de una instalación eléctrica en las proximidades del lugar de trabajo. Los trabajadores no deberán comenzar a trabajar antes de recibir el permiso para hacerlo de la persona designada para el control del trabajo, quien a su vez debe recibir la autorización de la persona designada para el control de la instalación eléctrica. Una vez finalizada la obra, los trabajadores deberán abandonar el lugar de trabajo, almacenar las herramientas y equipos y retirar los sistemas de puesta a tierra y de cortocircuito. La persona designada en control del trabajo deberá entonces notificar a la persona designada en control de la instalación eléctrica que la instalación está disponible para reconexión.

Trabajo en vivo

General: El trabajo en tensión es el trabajo realizado dentro de una zona en la que hay flujo de corriente. En la norma EN 50179 se pueden encontrar orientaciones sobre las dimensiones de la zona de trabajo en tensión. Se deben aplicar medidas de protección diseñadas para evitar descargas eléctricas, arcos y cortocircuitos.

Formación y cualificación: Se establecerán programas de formación específicos para desarrollar y mantener la capacidad de los trabajadores cualificados o formados para realizar trabajos en tensión. Después de completar el programa, los trabajadores recibirán una calificación de calificación y autorización para realizar trabajos en tensión específicos en voltajes específicos.

Mantenimiento de las cualificaciones: La capacidad para realizar trabajos en tensión se mantendrá mediante la práctica o una nueva formación.

Técnicas de trabajo: Actualmente, existen tres técnicas reconocidas, que se distinguen por su aplicabilidad a diferentes tipos de partes vivas y el equipo requerido para prevenir descargas eléctricas, arcos y cortocircuitos:

  • trabajo con pértiga
  • trabajo con guantes aislantes
  • trabajo a mano desnuda.

 

Cada técnica requiere una preparación, equipos y herramientas diferentes, y la selección de la técnica más adecuada dependerá de las características de la obra en cuestión.

Herramientas y equipo: Se especificarán las características, almacenamiento, mantenimiento, transporte e inspección de las herramientas, equipos y sistemas.

Las condiciones climáticas: Se aplican restricciones al trabajo en vivo en condiciones climáticas adversas, ya que se reducen las propiedades aislantes, la visibilidad y la movilidad del trabajador.

Organización del trabajo: El trabajo deberá estar adecuadamente preparado; la preparación por escrito se presentará por adelantado para el trabajo complejo. La instalación en general, y la sección donde se vayan a realizar los trabajos en particular, se mantendrán en un estado acorde con la preparación requerida. La persona designada en control del trabajo deberá informar a la persona designada en control de la instalación eléctrica de la naturaleza del trabajo, el sitio en la instalación en el que se realizará el trabajo y la duración estimada del trabajo. Antes de que comience el trabajo, se les explicará a los trabajadores la naturaleza del trabajo, las medidas de seguridad pertinentes, el papel de cada trabajador y las herramientas y equipos que se utilizarán.

Existen prácticas específicas para instalaciones de muy bajo voltaje, bajo voltaje y alto voltaje.

Trabajar cerca de piezas bajo tensión

General: El trabajo en las proximidades de partes activas con voltajes nominales superiores a 50 V CA o 120 V CC se realizará solo cuando se hayan aplicado medidas de seguridad para garantizar que las partes activas no se puedan tocar o que no se pueda ingresar a la zona activa. Para este fin se podrán utilizar pantallas, barreras, cerramientos o cubiertas aislantes.

Antes del inicio de los trabajos, la persona designada para el control de los trabajos deberá instruir a los trabajadores, en particular a los que no estén familiarizados con el trabajo en la proximidad de partes vivas, sobre las distancias de seguridad que deben observarse en el lugar de trabajo, las principales prácticas de seguridad a seguir y las necesidad de un comportamiento que asegure la seguridad de todo el equipo de trabajo. Los límites del lugar de trabajo se definirán y marcarán con precisión y se llamará la atención sobre las condiciones de trabajo inusuales. Esta información se repetirá según sea necesario, particularmente después de cambios en las condiciones de trabajo.

Los trabajadores deberán asegurarse de que ninguna parte de su cuerpo ni ningún objeto ingrese a la zona viva. Se debe tener especial cuidado al manipular objetos largos, por ejemplo, herramientas, extremos de cables, tuberías y escaleras.

Protección mediante pantallas, barreras, cerramientos o cubiertas aislantes: La selección e instalación de estos dispositivos de protección deberá garantizar una protección suficiente contra factores de estrés eléctricos y mecánicos predecibles. El equipo deberá ser adecuadamente mantenido y asegurado durante el trabajo.

Mantenimiento

General: El objetivo del mantenimiento es mantener la instalación eléctrica en las condiciones requeridas. El mantenimiento puede ser preventivo (es decir, realizado periódicamente para evitar averías y mantener el equipo en condiciones de funcionamiento) o correctivo (es decir, realizado para reemplazar piezas defectuosas).

El trabajo de mantenimiento se puede dividir en dos categorías de riesgo:

  • trabajo que implique el riesgo de descarga eléctrica, donde se deben seguir los procedimientos aplicables al trabajo bajo tensión y al trabajo en las proximidades de partes bajo tensión
  • trabajo donde el diseño del equipo permite que se realice algún trabajo de mantenimiento en ausencia de procedimientos completos de trabajo en vivo

 

Personal: El personal que vaya a realizar el trabajo deberá estar adecuadamente calificado o capacitado y deberá estar provisto de herramientas y dispositivos de medición y prueba apropiados.

Trabajo de reparación: El trabajo de reparación consta de los siguientes pasos: localización de fallas; rectificación de fallas y/o reemplazo de componentes; puesta en servicio del tramo reparado de la instalación. Cada uno de estos pasos puede requerir procedimientos específicos.

Trabajo de reemplazo: En general, la sustitución de fusibles en instalaciones de alta tensión se realizará como trabajo muerto. El reemplazo del fusible debe ser realizado por trabajadores calificados siguiendo los procedimientos de trabajo apropiados. La sustitución de lámparas y piezas removibles como arrancadores se realizará como obra muerta. En las instalaciones de alta tensión, los procedimientos de reparación se aplicarán también a los trabajos de sustitución.

Capacitación del Personal sobre Riesgos Eléctricos

La organización eficaz del trabajo y la formación en seguridad es un elemento clave en el éxito de toda organización, programa de prevención y programa de seguridad y salud en el trabajo. Los trabajadores deben tener la capacitación adecuada para hacer su trabajo de manera segura y eficiente.

La responsabilidad de implementar la capacitación de los empleados recae en la gerencia. La gerencia debe reconocer que los empleados deben desempeñarse a cierto nivel antes de que la organización pueda lograr sus objetivos. Para alcanzar estos niveles se deben establecer políticas de formación de los trabajadores y, por extensión, programas de formación concretos. Los programas deben incluir fases de formación y cualificación.

Los programas de trabajo en vivo deben incluir los siguientes elementos:

Capacitación: En algunos países, los programas y las instalaciones de capacitación deben ser aprobados formalmente por un comité de trabajo en vivo u organismo similar. Los programas se basan principalmente en la experiencia práctica, complementada con instrucción técnica. La formación adopta la forma de trabajos prácticos en instalaciones modelo interiores o exteriores similares a aquellas en las que se va a realizar el trabajo real.

Titulos: Los procedimientos de trabajo en vivo son muy exigentes y es esencial utilizar a la persona adecuada en el lugar correcto. Esto se logra más fácilmente si se dispone de personal calificado con diferentes niveles de habilidad. La persona designada para el control del trabajo debe ser un trabajador calificado. Cuando sea necesaria la supervisión, también debe ser realizada por una persona calificada. Los trabajadores deben trabajar únicamente en instalaciones cuya tensión y complejidad correspondan a su nivel de cualificación o formación. En algunos países, la calificación está regulada por normas nacionales.

Finalmente, los trabajadores deben recibir instrucción y capacitación en técnicas esenciales para salvar vidas. Se remite al lector al capítulo sobre primeros auxilios para obtener más información.

 

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Contenido

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