Biofísica (53) · Unidad 4 — Bases físicas de los fenómenos bioeléctricos
Seguridad eléctrica
Lo que lastima no es la tensión sino la corriente que atraviesa el cuerpo, y esa corriente la decide la resistencia: la piel seca protege, la mojada casi no. La puesta a tierra le da a la falla otro camino y el disyuntor corta cuando la corriente se escapa por donde no debe.
La explicación
Qué le hace la corriente al cuerpo
Nervios y músculos funcionan con señales eléctricas de milivolts y nanoamperes. Una corriente de afuera que atraviesa el cuerpo se mete en ese sistema: contrae los músculos sin que uno lo decida, y si pasa por el tórax puede desordenar el ritmo del corazón. Los efectos dependen sobre todo de la intensidad de la corriente, y en segundo lugar de por dónde pasa y cuánto dura. Como orden de magnitud, para corriente alterna de 50 Hz entre la mano y los pies:
• Alrededor de 1 mA: una sacudida clara y molesta, pero se puede soltar.
• Alrededor de 10 mA: los músculos del antebrazo se contraen y la mano no puede soltar el cable. Es el umbral que se toma como peligroso.
• Decenas de mA en adelante: dificultad para respirar y riesgo de fibrilación ventricular, que sin un desfibrilador es mortal en minutos. Con unos 50 mA atravesando el tórax ya puede pasar.
• Amperes: quemaduras internas por efecto Joule en el camino de la corriente.
El camino importa: mano‑mano o mano‑pie pasan por el tórax y son los más peligrosos. Un pájaro parado sobre un cable no sufre nada porque entre sus dos patas casi no hay diferencia de potencial: no hay camino para la corriente.
La corriente la decide la resistencia (y la piel es casi toda)
Con la tensión fija de la red, 220 V, la corriente por el cuerpo sale de Ohm: I = V / Rtotal. El interior del cuerpo, que es una solución salina, tiene del orden de 1000 Ω entre una mano y los pies. Lo que cambia todo es la piel: seca, su capa córnea puede sumar cerca de 100 kΩ; mojada o transpirada, esa capa casi desaparece y el total baja a 1 o 2 kΩ. Cien veces menos resistencia es cien veces más corriente: de unos pocos mA a más de cien. Por eso los accidentes graves pasan en el baño, en la cocina o con los pies descalzos sobre un piso mojado.
Lo que está en serie con el cuerpo también suma: una suela de goma seca, un piso de madera o una alfombra agregan cientos de kΩ o megaohms. Por eso se trabaja en electricidad parado sobre una alfombra aislante.
El caso del hospital: el microshock
Un paciente con un catéter que llega al corazón tiene un camino de baja resistencia directo al miocardio, sin piel en el medio. Ahí corrientes de apenas 0,1 mA pueden producir fibrilación, aunque desde afuera nadie sienta nada. Por eso los equipos de terapia intensiva y de quirófano tienen normas de aislación mucho más estrictas que un electrodoméstico.
Vivo, neutro y tierra
En la instalación domiciliaria llegan dos cables: la compañía conecta uno de ellos a tierra, el neutro, y el otro, el vivo, queda a 220 V respecto de tierra. Como nosotros solemos estar parados sobre tierra, tocar el vivo es cerrar un circuito: vivo → cuerpo → piso → tierra → neutro. Tocar sólo el neutro, en principio, no hace pasar corriente.
La puesta a tierra es un tercer cable, la pata central del enchufe, que une la carcasa metálica de los aparatos con una jabalina clavada en el suelo. Si un cable pelado toca la carcasa, la corriente de falla tiene un camino de resistencia bajísima a tierra: la carcasa queda a pocos volts y, si una persona la toca, está en paralelo con ese cable, y casi toda la corriente se va por el cable.
Las dos protecciones, que protegen cosas distintas
El disyuntor diferencial compara la corriente que entra por el vivo con la que vuelve por el neutro. Si difieren en más de unos 30 mA, quiere decir que esa corriente se está escapando a tierra por algún lado —una carcasa con falla, o una persona— y corta en milésimas de segundo. Protege a las personas. Pero si alguien, aislado del piso, toca el vivo y el neutro a la vez, la corriente entra y sale por el mismo circuito, no hay diferencia, y el diferencial no se entera.
La corriente alterna, en dos líneas
La red no es continua: la tensión oscila como una sinusoide y cambia de sentido cien veces por segundo (50 Hz en la Argentina). Los «220 V» son el valor eficaz: el que disipa en una resistencia la misma potencia que 220 V continuos. El pico real llega a 220·√2 ≈ 311 V. Todas las cuentas de este tema se hacen con los valores eficaces, igual que si fuera continua.
Mata la corriente, no la tensión. Y la corriente la decide la resistencia de todo el camino, empezando por la piel.
Una persona toca por accidente el cable vivo de una instalación de 220 V, y la corriente va de su mano a sus pies. La resistencia interna del cuerpo es de unos 1000 Ω. a) Si tiene la piel seca, la resistencia total del camino es de 100 kΩ: ¿qué corriente pasa? b) Si tiene la piel mojada, el total baja a 2 kΩ: ¿qué corriente pasa? c) Con la piel mojada pero con zapatillas de goma que suman 1 MΩ en serie, ¿qué corriente pasa? Interpretá cada caso.
En los tres casos la tensión es la misma y lo único que cambia es la resistencia del camino. Ohm, con las resistencias en ohms y la corriente pasada a mA.
a) Piel seca.
Una sacudida fuerte y desagradable, pero todavía por debajo del umbral en el que la mano queda agarrada. La piel seca hace casi todo el trabajo: de los 100 kΩ, el interior del cuerpo aporta sólo 1 kΩ.
b) Piel mojada.
Cincuenta veces más corriente, con el mismo cable y la misma persona. Muy por encima del umbral de no soltar y dentro del rango donde puede haber fibrilación ventricular. El agua no «conduce la electricidad hacia uno»: lo que hace es sacar del medio la única resistencia grande que había.
c) Piel mojada, con zapatillas de goma. La suela está en serie con el cuerpo, así que las resistencias se suman:
Apenas un cosquilleo. La suela aislante devuelve la protección que el agua le había sacado a la piel, y un poco más.
La lectura médica. El mismo accidente va de «me dio patada» a «paro cardíaco» según tres cosas que no tienen nada que ver con la instalación: si la piel está seca, qué hay debajo de los pies y por dónde entra y sale la corriente.
Lo que ningún caso resuelve es el problema de fondo: hay un vivo expuesto. Contra eso sirven la puesta a tierra y el disyuntor, que no dependen de que uno tenga los pies secos.
La línea de 220 V de una habitación de internación está protegida por una termomagnética de 10 A y por un disyuntor diferencial de 30 mA. Están encendidos una estufa de 1500 W y un monitor de 100 W. a) ¿Qué corriente toma cada aparato y cuánta pasa en total por la línea? b) Alguien enchufa, además, un secador de 1000 W: ¿qué corriente circula ahora y qué hace cada protección? c) ¿Cuánta potencia admite, como máximo, esa línea, y cuánto margen quedaba antes del secador? d) Ya sin el secador, una visita con las manos húmedas y descalza toca el cable pelado de un velador; la resistencia total del camino de su mano a sus pies es de 4 kΩ. ¿Qué corriente la atraviesa? ¿Qué protección actúa, y qué pasaría si la línea no tuviera diferencial?
a) Antes del secador. Todos los aparatos de una línea están en paralelo, a los mismos 220 V, así que cada uno toma su propia corriente y las corrientes se suman:
Itotal = 1600 W / 220 V ≈ 7,3 A (control: 6,8 + 0,45 ≈ 7,3 ✔)
Por debajo de los 10 A: la línea anda tranquila.
b) Con el secador.
Itotal = 2600 W / 220 V ≈ 11,8 A → un 18 % por encima de 10 A
Es una sobrecarga, y la termomagnética corta (en unos segundos o minutos, según cuánto se pase). No lo hace porque haya un peligro para las personas, sino porque los cables de esa línea se recalentarían. El diferencial no se entera: toda la corriente que entra por el vivo vuelve por el neutro, no hay nada escapándose a tierra.
c) El máximo.
margen antes del secador: 2200 − 1600 = 600 W
Un aparato de hasta 600 W entraba; el secador de 1000 W, no.
d) La persona que toca el cable. Ohm, con la resistencia en ohms:
corriente por la línea: 7,3 A + 0,055 A ≈ 7,33 A → sigue por debajo de 10 A
La termomagnética no corta: 55 mA más no se notan al lado de siete amperes. El que actúa es el diferencial: esos 55 mA entran por el vivo, atraviesan a la persona y se van a tierra por sus pies, sin volver por el neutro. La diferencia supera los 30 mA y corta en milésimas de segundo. Sin diferencial, los 55 mA seguirían pasando de la mano a los pies, cruzando el tórax: muy por encima del umbral de no soltar (10 mA) y en el rango donde puede haber fibrilación ventricular.
Dónde se cae la mayoría
- Pensar que lo peligroso es la tensión. Con la misma tensión, la corriente puede ir de décimas de mA a cientos de mA según la resistencia del camino.
- Dejar la resistencia en kΩ y leer la corriente en amperes: 220 V / 100 kΩ da 2,2 mA, no 2,2 A.
- Creer que la termomagnética protege a las personas. Protege los cables; a las personas las protege el disyuntor diferencial.
- Creer que el diferencial protege en cualquier caso. Si la corriente entra por el vivo y vuelve toda por el neutro a través del cuerpo, no hay diferencia que detectar.
- Olvidar que la persona y el cable de tierra quedan en paralelo: la corriente se reparte, y casi toda va por el camino de menor resistencia.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
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