3.4: Ley de Ohm (otra vez)

El principio de que “la corriente mata” es esencialmente correcto. Es la corriente eléctrica la que quema los tejidos, congela los músculos y fibrila los corazones. Sin embargo, la corriente eléctrica no solo ocurre por sí sola: debe haber voltaje disponible para motivar a los electrones a fluir a través de una víctima. El cuerpo de una persona también presenta resistencia a la corriente, la cual debe ser tomada en cuenta.

Tomando la Ley de Ohm para voltaje, corriente y resistencia, y expresándola en términos de corriente para un voltaje y resistencia dados, tenemos esta ecuación:

La cantidad de corriente a través de un cuerpo es igual a la cantidad de voltaje aplicado entre dos puntos en ese cuerpo, dividido por la resistencia eléctrica que ofrece el cuerpo entre esos dos puntos. Obviamente, cuanto más voltaje esté disponible para hacer que los electrones fluyan, más fácil fluirán a través de cualquier cantidad dada de resistencia. De ahí el peligro del alto voltaje: el alto voltaje significa potencial para grandes cantidades de corriente a través de tu cuerpo, lo que te lastimará o te matará. Por el contrario, cuanta más resistencia ofrezca un cuerpo a la corriente, los electrones más lentos fluirán para cualquier cantidad dada de voltaje. Apenas cuánta tensión es peligrosa depende de cuánta resistencia total haya en el circuito para oponerse al flujo de electrones.

La resistencia corporal no es una cantidad fija. Varía de persona a persona y de vez en cuando. Incluso existe una técnica de medición de la grasa corporal basada en una medición de la resistencia eléctrica entre los dedos de los pies y los dedos de una persona. Los diferentes porcentajes de grasa corporal proporcionan diferentes resistencias: solo una variable que afecta la resistencia eléctrica en el cuerpo humano. Para que la técnica funcione con precisión, la persona debe regular su ingesta de líquidos durante varias horas previas a la prueba, lo que indica que la hidratación corporal es otro factor que impacta la resistencia eléctrica del cuerpo.

La resistencia corporal también varía dependiendo de cómo se haga contacto con la piel: ¿es de mano a mano, mano a pie, pie a pie, mano a codo, etc.? El sudor, al ser rico en sales y minerales, es un excelente conductor de la electricidad por ser un líquido. Así es la sangre, con su contenido similarmente alto de sustancias químicas conductoras. Así, el contacto con un alambre hecho por una mano sudorosa o herida abierta ofrecerá mucha menos resistencia a la corriente que el contacto realizado por la piel limpia y seca.

Al medir la resistencia eléctrica con un medidor sensible, mido aproximadamente 1 millón de ohmios de resistencia (1 MΩ) entre mis dos manos, aferrándome a las sondas metálicas del medidor entre mis dedos. El medidor indica menos resistencia cuando aprieto las sondas con fuerza y más resistencia cuando las sostengo sin apretar. Sentado aquí en mi computadora, escribiendo estas palabras, mis manos están limpias y secas. Si estuviera trabajando en algún ambiente industrial caliente, sucio, la resistencia entre mis manos probablemente sería mucho menor, presentando menos oposición a la corriente mortal, y una mayor amenaza de descarga eléctrica.

Pero, ¿cuánta corriente es dañina? La respuesta a esa pregunta también depende de varios factores. La química corporal individual tiene un impacto significativo en cómo la corriente eléctrica afecta a un individuo. Algunas personas son altamente sensibles a la corriente, experimentando contracción muscular involuntaria con choques de electricidad estática. Otros pueden sacar chispas grandes al descargar electricidad estática y apenas sentirla, y mucho menos experimentar un espasmo muscular. A pesar de estas diferencias, se han desarrollado lineamientos aproximados a través de pruebas que indican muy poca corriente siendo necesaria para manifestar efectos nocivos (nuevamente, ver al final del capítulo para obtener información sobre la fuente de estos datos). Todas las cifras actuales dadas en miliamperios (un miliamperio es igual a 1/1000 de un amplificador):

Una tabla de los efectos de la electricidad en el cuerpo

“Hz” significa la unidad de Hertz, la medida de la rapidez con la que se alterna la corriente alterna, una medida también conocida como frecuencia. Entonces, la columna de cifras etiquetada como “60 Hz AC” se refiere a la corriente que alterna a una frecuencia de 60 ciclos (1 ciclo = periodo de tiempo donde los electrones fluyen una dirección, luego la otra dirección) por segundo. La última columna, etiquetada como “CA de 10 kHz”, se refiere a la corriente alterna que completa diez mil (10,000) ciclos de ida y vuelta cada segundo.

Tenga en cuenta que estas cifras son sólo aproximadas, ya que los individuos con diferente química corporal pueden reaccionar de manera diferente. Se ha sugerido que una corriente a través del pecho de solo 17 miliamperios CA es suficiente para inducir fibrilación en un sujeto humano bajo ciertas condiciones. La mayoría de nuestros datos con respecto a la fibrilación inducida provienen de pruebas en animales. Obviamente, no es práctico realizar pruebas de fibrilación ventricular inducida en sujetos humanos, por lo que los datos disponibles son incompletos. Ah, y por si te lo estás preguntando, ¡no tengo idea de por qué las mujeres tienden a ser más susceptibles a las corrientes eléctricas que los hombres!

Supongamos que iba a colocar mis dos manos a través de los terminales de una fuente de voltaje de CA a 60 Hz (60 ciclos, o alternaciones de ida y vuelta, por segundo). ¿Cuánto voltaje sería necesario en este estado limpio y seco de la condición de la piel para producir una corriente de 20 miliamperios (suficiente para hacerme incapaz de soltar la fuente de voltaje)? Podemos usar la Ley de Ohm (E=IR) para determinar esto:necesario en este estado limpio y seco de la condición de la piel para producir una corriente de 20 miliamperios (suficiente para hacerme incapaz de soltar la fuente de voltaje)? Podemos usar la Ley de Ohm (E=IR) para determinar esto:

E = IR

E = (20 mA) (1 MΩ)

E = 20,000 voltios, o 20 kV

Tenga en cuenta que este es un escenario del “mejor caso” (piel limpia, seca) desde el punto de vista de la seguridad eléctrica, y que esta cifra de voltaje representa la cantidad necesaria para inducir el tétanos. ¡Mucho menos se requeriría para causar un choque doloroso! También hay que tener en cuenta que los efectos fisiológicos de cualquier cantidad particular de corriente pueden variar significativamente de persona a persona, y que estos cálculos son únicamente estimaciones aproximadas.

Con agua rociada en mis dedos para simular el sudor, pude medir una resistencia mano a mano de solo 17,000 ohmios (17 kΩ). Ten en cuenta que esto es solo con un dedo de cada mano en contacto con un delgado alambre metálico. Recalculando el voltaje requerido para provocar una corriente de 20 miliamperios, obtenemos esta cifra:

E = IR

E = (20 mA) (17 kΩ)

E = 340 voltios

En esta condición realista, sólo tomaría 340 voltios de potencial de una de mis manos a la otra para provocar 20 miliamperios de corriente. No obstante, todavía es posible recibir un choque mortal por menos voltaje que este. Proporcionando una figura de resistencia mucho más baja del cuerpo aumentada por el contacto con un anillo (una banda de oro envuelta alrededor de la circunferencia del dedo hace un excelente punto de contacto para una descarga eléctrica) o el contacto completo con un objeto metálico grande como una tubería o mango de metal de una herramienta, el cuerpo la cifra de resistencia podría caer tan bajo como 1,000 ohmios (1 kΩ), permitiendo que un voltaje aún menor presente un peligro potencial:

E = IR

E = (20 mA) (1 kΩ)

E = 20 voltios

Observe que en esta condición, 20 voltios son suficientes para producir una corriente de 20 miliamperios a través de una persona: suficiente para inducir el tétanos. Recuerde, se ha sugerido que una corriente de solo 17 miliamperios puede inducir fibrilación ventricular (cardíaca). Con una resistencia mano a mano de 1000 Ω, solo se necesitarían 17 voltios para crear esta peligrosa condición:

E = IR

E = (17 mA) (1 kΩ)

E = 17 voltios

Diecisiete voltios no es mucho en lo que respecta a los sistemas eléctricos. Por supuesto, este es un escenario del “peor de los casos” con voltaje de CA de 60 Hz y excelente conductividad corporal, pero sí muestra cuán poco voltaje puede presentar una seria amenaza bajo ciertas condiciones.

Las condiciones necesarias para producir 1,000 Ω de resistencia corporal tampoco tienen que ser tan extremas como lo que se presentó, tampoco (piel sudorosa con contacto realizado en un anillo de oro). La resistencia corporal puede disminuir con la aplicación de voltaje (especialmente si el tétanos provoca que la víctima mantenga un agarre más apretado sobre un conductor) de manera que con voltaje constante un choque puede aumentar en severidad después del contacto inicial. Lo que comienza como un choque leve, lo suficiente como para “congelar” a una víctima para que no pueda dejarla ir, puede convertirse en algo lo suficientemente severo como para matarla a medida que disminuye la resistencia de su cuerpo y la corriente aumenta correspondientemente.

La investigación ha proporcionado un conjunto aproximado de cifras de resistencia eléctrica de puntos de contacto humanos bajo diferentes condiciones (ver al final del capítulo para información sobre la fuente de estos datos):

• Alambre tocado con el dedo: 40,000 Ω a 1,000,000 Ω seco, 4,000 Ω a 15,000 Ω húmedo.
• Alambre sostenido a mano: 15,000 Ω a 50,000 Ω seco, 3,000 Ω a 5,000 Ω húmedo.
• Alicates metálicos sostenidos a mano: 5,000 Ω a 10,000 Ω secos, 1,000 Ω a 3,000 Ω húmedos.
• Contacto con palma de la mano: 3,000 Ω a 8,000 Ω secos, 1,000 Ω a 2,000 Ω húmedos.
• Tubo metálico de 1.5 pulgadas agarrado por una mano: 1,000 Ω a 3,000 Ω seco, 500 Ω a 1,500 Ω húmedo.
• Tubo metálico de 1.5 pulgadas agarrado por las dos manos: 500 Ω a 1,500 kΩ seco, 250 Ω a 750 Ω húmedo.
• Sumergido a mano en líquido conductor: 200 Ω a 500 Ω.
• Pie sumergido en líquido conductor: 100 Ω a 300 Ω.

Tenga en cuenta los valores de resistencia de las dos condiciones que involucran una tubería de metal de 1.5 pulgadas. La resistencia medida con dos manos agarrando la tubería es exactamente la mitad de la resistencia de una mano agarrando la tubería.

Con las dos manos, el área de contacto corporal es el doble de grande que con una mano. Esta es una lección importante para aprender: la resistencia eléctrica entre cualquier objeto en contacto disminuye con el aumento del área de contacto, siendo todos los demás factores iguales. Con dos manos sujetando la tubería, los electrones tienen dos rutas paralelas a través de las cuales fluir desde la tubería hasta el cuerpo (o viceversa).

Como veremos en un capítulo posterior, las vías de circuito paralelo siempre dan como resultado una menor resistencia general que cualquier vía única considerada sola.

En la industria, 30 voltios generalmente se considera un valor umbral conservador para voltaje peligroso. La persona cautelosa debe considerar cualquier voltaje superior a 30 voltios como amenazante, no confiando en la resistencia normal del cuerpo para la protección contra golpes. Dicho esto, sigue siendo una excelente idea mantener las manos limpias y secas, y quitarse todas las joyas metálicas cuando se trabaja alrededor de la electricidad. Incluso alrededor de voltajes más bajos, las joyas metálicas pueden presentar un peligro al conducir suficiente corriente para quemar la piel si se ponen en contacto entre dos puntos en un circuito. Los anillos metálicos, especialmente, han sido la causa de más de unos pocos dedos quemados al puentear entre puntos en un circuito de baja tensión y alta corriente.

Además, los voltajes inferiores a 30 pueden ser peligrosos si son suficientes para inducir una sensación desagradable, lo que puede hacer que te sacudas y accidentalmente entre en contacto con un voltaje más alto o algún otro peligro. Recuerdo una vez que trabajaba en un automóvil en un caluroso día de verano. Llevaba pantalones cortos, mi pierna desnuda contactaba con el parachoques cromado del vehículo mientras apretaba las conexiones de las baterías. Cuando toqué mi llave metálica en el lado positivo (sin conexión a tierra) de la batería de 12 voltios, pude sentir una sensación de hormigueo en el punto donde mi pierna estaba tocando el parachoques. La combinación de contacto firme con el metal y mi piel sudorosa hizo posible sentir un choque con solo 12 voltios de potencial eléctrico.

Agradecidamente, no pasó nada malo, pero si el motor hubiera estado funcionando y el choque se sintiera en mi mano en lugar de en mi pierna, podría haber sacudido reflexivamente mi brazo en el camino del ventilador giratorio, o dejar caer la llave de metal a través de los terminales de la batería (produciendo grandes cantidades de corriente a través de la llave con muchas chispas acompañantes). Esto ilustra otra lección importante con respecto a la seguridad eléctrica; que la corriente eléctrica en sí misma puede ser una causa indirecta de lesión al hacer que saltes o espasmes partes de su cuerpo en peligro.

El camino que toma la corriente a través del cuerpo humano marca la diferencia en cuanto a lo dañino que es. La corriente afectará a los músculos que se encuentren a su paso, y dado que los músculos del corazón y los pulmones (diafragma) son probablemente los más críticos para la supervivencia, los caminos de choque que atraviesan el pecho son los más peligrosos. Esto hace que la trayectoria de la corriente de choque mano a mano sea un modo muy probable de lesión y muerte.

Para protegerse contra tal ocurrencia, es recomendable utilizar solo una mano para trabajar en circuitos vivos de voltaje peligroso, manteniendo la otra mano metida en un bolsillo para no tocar accidentalmente nada. Por supuesto, siempre es más seguro trabajar en un circuito cuando no está alimentado, pero esto no siempre es práctico o posible. Para el trabajo con una sola mano, generalmente se prefiere la mano derecha sobre la izquierda por dos razones: la mayoría de las personas son diestras (otorgando así coordinación adicional al trabajar), y el corazón suele estar situado a la izquierda del centro en la cavidad torácica.

Para quienes son zurdos, este consejo puede no ser el mejor. Si tal persona está suficientemente descoordinada con su mano derecha, puede estar poniéndose en mayor peligro al usar la mano con la que menos se sienta cómoda, incluso si la corriente de choque a través de esa mano podría presentar un peligro mayor para su corazón. El peligro relativo entre el choque a través de una mano u otra es probablemente menor que el peligro de trabajar con una coordinación menos que óptima, por lo que la elección de qué mano trabajar es mejor dejarla en manos del individuo.

La mejor protección contra los golpes de un circuito activo es la resistencia, y la resistencia se puede agregar al cuerpo mediante el uso de herramientas aisladas, guantes, botas y otros equipos. La corriente en un circuito es una función del voltaje disponible dividido por la resistencia total en la trayectoria del flujo. Como investigaremos con mayor detalle más adelante en este libro, las resistencias tienen un efecto aditivo cuando se apilan para que solo haya un camino para que los electrones fluyan:

Ahora veremos un circuito equivalente para una persona que usa guantes y botas aislantes:

Debido a que la corriente eléctrica debe pasar por la bota y el cuerpo y el guante para completar su circuito de regreso a la batería, el total combinado (suma) de estas resistencias se opone al flujo de electrones en mayor grado que cualquiera de las resistencias consideradas individualmente.

La seguridad es una de las razones por las que los cables eléctricos suelen estar cubiertos con aislamiento de plástico o caucho: para aumentar enormemente la cantidad de resistencia entre el conductor y quien sea o lo que pueda contactarlo. Desafortunadamente, sería prohibitivamente costoso encerrar los conductores de línea eléctrica en suficiente aislamiento para brindar seguridad en caso de contacto accidental, por lo que la seguridad se mantiene manteniendo esas líneas lo suficientemente lejos del alcance para que nadie pueda tocarlas accidentalmente.

Revisar

• El daño al cuerpo es una función de la cantidad de corriente de choque. El voltaje más alto permite la producción de corrientes más altas y más peligrosas. La resistencia se opone a la corriente, haciendo de la alta resistencia una buena medida de protección contra golpes.
• Cualquier voltaje por encima de 30 generalmente se considera capaz de entregar corrientes de choque peligrosas.
• La joyería de metal es definitivamente mala de usar cuando se trabaja alrededor de circuitos eléctricos. Anillos, bandas de reloj, collares, pulseras y otros adornos similares proporcionan un excelente contacto eléctrico con su cuerpo, y pueden conducir la corriente por sí mismos lo suficiente como para producir quemaduras en la piel, incluso con bajos voltajes.
• Los voltajes bajos aún pueden ser peligrosos incluso si son demasiado bajos para causar directamente lesiones por choque. Pueden ser suficientes para asustar a la víctima, provocando que retrocedan y contacten con algo más peligroso en las inmediaciones.
• Cuando sea necesario trabajar en un circuito “en vivo”, lo mejor es realizar el trabajo con una mano para evitar una trayectoria mortal de corriente de choque mano a mano (a través del pecho).