(17) La electricidad y el organismo humano

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Homo_non_sapiens
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#1 (17) La electricidad y el organismo humano

Mensaje por Homo_non_sapiens » 15 Feb 2019, 09:09

La estructura de este capítulo será un poco diferente a la de los anteriores. Para que tenga la máxima utilidad práctica posible, pondré preguntas que me hicieron acerca del tema en el pasado, y a continuación mis respuestas

Pregunta 1:
A partir de cuántos voltios y/o amperios se puede percibir la sensación de corriente en las manos ?
Ejemplo, si en una batería de 1.5V sujeto cada polo con una de mis manos desnudas, no sentiré absolútamente nada
Pregunto: Si hago lo mismo, pero con una batería de 12V - sentiré corriente en la mano?
Y si toco un polo de la batería (de 12V) con una mano y con la otra a una bombilla de 10W, conectada al otro polo de la batería (I=0.8A) - sentiré algo?
Y si hago lo mismo con una bombilla de 100W (I = 8.3A) - sentiré algo?

Respuesta 1:
Lo que provoca la sensación en los sensores de la piel son los (mili)amperios (la intensidad). Bastan (muy) pocos mA para que los sensores disparen sus potenciales de acción (ver la pregunta 2)
La intensidad de la corriente que pasa por el cuerpo tiene que ver con la resistencia (impedancia) de la piel y del tejido de los órganos, con la tensión aplicada y con el tipo de electricidad (AC o DC). Ojo: No se puede aplicar la ley de Ohm, porque el organismo animal es un dieléctrico (las cargas que transportan la corriente son iones): La corriente empieza a fluir solo a partir de cierta tensión; por debajo de este umbral no hay intensidad (ver pregunta 6)
Lo que uno siente, tiene que ver con lo dicho y mucho también con la sensibilidad individual. Hay gente que ya grita, a pesar de que la intensidad es cero

Para dejarlo un poco más claro:
- La intensidad de 0.8A rsp. 8.3A resulta de la ley de Ohm, para solo la bombilla. Si se conecta el cuerpo, no fluyen estos amperios! La ley de Ohm no es válida para el organismo humano! La tensión de 1.5V y de 12V no basta, para liberar iones que puedan originar esa intensidad
- El ejemplo con la bombilla y la batería de la pregunta significa, que la bombilla y tu cuerpo están conectados en serie. En este caso no pasan 0.8A rsp. 8.3A por la bombilla (ni por tí), porque con 1.5 V o con 12V DC no fluye corriente por el cuerpo (tocando con las manos)
- Con batería de 1.5V o 12V no se encenderá la bombilla, porque la resistencia de la piel (seca) de las manos es demasiado alta para 12V DC, igual que con una batería de 1.5V. No pasará corriente (intensidad) por el cuerpo ni por la bombilla
- Lo que produce la sensación de cosquilleo, es únicamente la intensidad, no importa a qué tensión
- Hay que diferenciar entre DC y AC (y su frecuencia) por varias razones, por ejemplo:
* La impedancia de los tejidos tiene componentes capacitivos e inductivos, que reducen la resistencia para AC
* La corriente AC puede producir fibrilación cardíaca, la DC no
* La DC produce electrólisis (NaOH y HCl en los electrodos), la AC no
- Se necesita aproximadamente 4 veces más intensidad en DC comparado con AC, para producir efectos comparables en el organismo. Es decir, la corriente AC es "más peligrosa" que la DC
- Para tener una idea: Un interruptor diferencial "estándar" salta a los 30mA de corriente AC de 50Hz. Estos 30mA AC ya suelen ser bastante desagradables (para la mayoría de personas). Con DC, la molestia suele empezar entre 60mA y 100mA. El umbral de percepción suele ser 1mA en AC y 5mA en DC (valores medios)

En la web hay tablas con los efectos que ocurren a ciertos mA de intensidad en DC y en AC. Pero ojo: Estos valores son la media de muchas personas - y cada una de ellas es un mundo. Por ejemplo, hay muchísima diferencia entre la piel seca y la piel húmeda: Si tocas los polos de una batería de 9V con la lengua, sentirás un cosquilleo fuerte (pasan bastantes mA), pero si los tocas con la mano (seca), no sentirás nada (no pasa corriente). Otro ejemplo: La resistencia entre las dos manos de una persona que tenga un trabajo de oficina no tiene nada que ver con la de otra persona que trabaje en el campo o en obra (callos!)
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impedancia cuerpo humano.jpg
Lo que no me gusta de esta tabla, es que habla de la "impedancia del cuerpo humano". Sería mucho más correcto, hablar de la "impedancia de la piel" o -aún mejor- de la "impedancia de la capa córnea de la piel"
Cada órgano y cada membrana tiene su propia impedancia, que puede ser muy diferente a la de otros órganos
La piel (la capa córnea) aporta la mayor parte de la resistencia al paso de la corriente por el cuerpo. El ejemplo de la mano de un trabajador manual en comparación con la de un oficinista es muy ilustrativo
- Influye mucho si la piel está seca o mojada y si hay (o no) heridas
- Influye mucho la superficie de contacto (las dimensiones del electrodo)
- Influye mucho la frecuencia de la tensión AC aplicada
- E influyen muchos factores más ...

Muy importante: Una vez dentro del cuerpo, la intensidad se distribuirá por las diferentes regiones y órganos y será más o menos intensa, según donde mires. Se dice, que el cuerpo es un "conductor de volumen no homogéneo" y en vez de la "intensidad" hay que hablar de la "densidad de la corriente"

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Pregunta 2:
Entonces, si conecto (con las manos desnudas) una bombilla de 100W a 12V (I = 8.33A), no sentiré ni el más mínimo cosquilleo? Aún estando descalzo?

Respuesta 2:
No notarás nada !! Los 8.3A serían solo con la bombilla de 100W (R = 1.44 Ohm), sin tu cuerpo en serie! La resistencia (impedancia) de la piel seca es tan grande, que una tensión de 12V DC no hará fluir nada de intensidad en el cuerpo, y no habrá ninguna sensación - y tampoco se encenderá la bombilla. Habíamos dicho que la piel callosa de un campesino tiene una resistencia mucho mayor que la piel suave de un funcionario - pero 12V no bastan ni para el funcionario
Es que para el organismo animal no vale la ley de Ohm, porque es un dieléctrico (conductor iónico; ver pregunta 6)
La capa córnea de la piel es una buena protección contra la electricidad (hasta cierta tensión). Lo que si puede pasar fácilmente, es que tengas un corte o una heridita, donde la piel esté dañada. En este sitio la resistencia es mucho menor y sí podrías notar un cosquilleo (como en la lengua)

Pero con eso de los pies descalzos vas mal encaminado: En el caso de la batería, la corriente no tiene ninguna tendencia de ir hacia el suelo, querrá ir de un borne de la batería al otro, pasando por tu cuerpo; por ejemplo de una mano a la otra, o de un dedo al otro, según como toques la batería / la bombilla. Eso es, porque la batería no tiene ninguno de sus polos conectado a tierra!
Los pies descalzos tocando el suelo (la tierra) sólo influyen, si un borne de la fuente de energía está al potencial de tierra, por ejemplo, el neutro de la AC casera - y tú tocas la fase con una mano y con los pies el suelo. En este caso te tiene que salvar el interruptor diferencial

Si quieres profundizar un poco más, puedes distinguir dos casos:

Caso 1: La bombilla de 100W está conectada directamente a la batería de 12V y da luz. La intensidad será de 8.3A
Si tocas los dos bornes de la bombilla, tu cuerpo está en paralelo a la bombilla. Como tu resistencia es mucho mayor que la de la bombilla, seguirán fluyendo los mismos 8.3A por la bombilla y dará la misma luz, pero por tu cuerpo no fluirá nada de corriente y no notarás nada

Caso 2: Un borne de la bombilla esta conectado con un polo de la batería, y tu tocas el otro borne de la bombilla con una mano, y con la otra mano tocas el otro polo de la batería
En este caso, tu cuerpo está en serie con la bombilla y las resistencias se suman. Domina de mucho la resistencia de tus manos, por lo que la intensidad que pasa por tu cuerpo (y por la bombilla) será cero. Otra vez no notarás nada, pero en este caso la bombilla tampoco notará nada: No fluirá intensidad y no dará luz

Habría mucho más que decir, pero no os quiero aburrir. Solo diré que los portadores de carga que posibilitan la corriente (los amperios), en un metal son electrones, pero en el tejido animal son iones, principalmente Na+ y Cl-. El cuerpo humano es un llamado conductor iónico (un dieléctrico), igual que el agua salada. Esto da lugar a muchos fenómenos interesantes (ver pregunta 6)

Otra cosa: El organismo funciona con electricidad propia! Por ejemplo, las señales que son trasladados por los nervios, las que producen las sensaciones y las contracciones musculares, son impulsos eléctricos (llamados potenciales de acción). Esta es la razón por la que la corriente eléctrica puede producir sensaciones y contracciones musculares en el cuerpo (la imagen muestra el potencial de acción de un calamar gigante, pero para el ser humano es muy parecido)
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ActionPotential.JPG
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Pregunta 3:
Corro algún riesgo con un sistema FV a 12V, 24V o 48V ?

Respuesta 3:
Para las personas, las instalaciones en continua, a 12V, 24V o 48 V, no entrañan riesgos directos en ningún caso
El único riesgo es el de cortocircuito habiendo baterías. En ese caso, las intensidades que pueden llegar a circular por los cables son muy altas, pero para las personas el riesgo siempre sería indirecto; daños en baterías, riesgos derivados de incendio o proyecciones de metal si estamos manipulando la instalación

Nota: Personalmente presumo de varios agujeritos hermosos en la piel, originados por gotitas de metal líquido, volando explosivamente por el aire al producir yo un cortocircuito con una llave de 14 en un banco de batería de 48V / 220Ah ... ;)
La llave era de acero Cr-V (Cromo-Vanadio !) y las gotitas que cayeron al suelo se incrustaron en la cerámica de las baldosas ... :shock:
Los efectos (gotitas de metal líquido) hubieran sido casi los mismos, si hubiese tocado solo un vaso de 2 V y 220 Ah. Lo que calienta el metal es la intensidad (amperios A), no la tensión (voltios V) y por el metal corre muchísima intensidad, también con solo 2V

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Pregunta 4:
Entonces si toco la fase de AC de Endesa y voy descalzo me da el arrampazo porque por la tierra me viene el neutro, vale. Pero si toco la fase de mi AC casera, si ésta es sin neutro a tierra, no sentiría nada?

Respuesta 4:
El "neutro" es el cable azul; el cable marrón (o negro) es la "fase" - pero ojo, esto solo es válido para el esquema TT
- El esquema eléctrico con el "neutro" aislado, sin conexión a tierra (el cable azul, que no será "neutro"), se llama IT. Hay una diferencia de potencial (tensión) de 230Vac entre el cable marrón y el azul, pero niguna diferencia de potencial definida entre uno de esos cables y la tierra
- El esquema eléctrico con el neutro al potencial de tierra se llama TT (el habitual en España). La tensión entre los cables tambien es de 230Vac, pero en TT hay 230Vac entre el cable marrón (la fase) y tierra y (aproximadamente) 0Vac entre el cable azul (el neutro) y tierra
- Hoy día, casi todas las instalaciones legales en España son según el esquema TT

Efectivamente, si tu instalación FV casero es según esquema IT, no puede fluir corriente desde uno de los bornes AC del inversor a tierra. Solo puede haber corriente de un borne al otro (o lo que esté conectado a éste). Es decir, solo te arrampas si tocas los dos cables (marrón y azul) a la vez; tocando uno solo de los cables no notarás nada
En cambio, si la casa tiene esquema TT, habrá arrampazo al tocar solo uno de los cables; pero no será fuerte, porque saltará el diferencial (un interruptor diferencial solo puede proteger a personas en una instalación TT), cuya función es proteger a las personas

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Pregunta 5:
Es más "peligrosa" la corriente DC que la AC? Es que muchas veces se oye que la DC produce más daños en el cuerpo, porque la corriente fluye contínuamente?

Respuesta 5:
Es cierto que con DC hay un flujo contínuo de corriente
Pero no es cierto que este sea más peligros que la corriente AC de 50Hz, que en cada segundo pasa 100 veces por cero - es lo contrario !

La corriente AC es mucho más peligrosa que la DC, porque gracias a estos pasos por cero -que equivale a impulsos- puede producir fibrilación cardíaca (temblor muscular del corazón, sin bombeo efectivo de sangre), que sin tratamiento (defibrilación) suele ser mortal
En la electroterapia de baja frecuencia se usan impulsos rectangulares o triangulares con una frecuencia cerca de 100Hz, para la estimulación de nervios y musculos. Recordemos: El potencial de acción es un impulso eléctrico, no una corriente contínua !
La corriente DC no sirve para la estimulación eléctrica - salvo algunos sensores específicos de la piel, que sí disparan potenciales de acción con DC; por eso la corriente contínua también produce "cosquilleo". Y con mucha intensidad, la DC produce espasmos musculares

La corriente AC de 50Hz puede producir fibrilación cardíaca mortal a partir de una intensidad de 50mA, aproximadamente
La corriente DC, para que sea mortal, necesita una intensidad de 300mA en zonas vulnerables, más o menos

Otra propiedad de la AC, que la hace más peligrosa, son los componentes capaciticos e inductivos de la impedancia de la piel: Teniendo la misma tensión, la AC ve menos resistencia para traspasar la piel que la DC. Es decir, aplicando la misma tensión, la intensidad en el cuerpo será mayor con AC que con DC

Un daño que produce la DC, y que brilla por su ausencia en AC, es la electrólisis (llamada "electroforesis" en medicina), que produce "quemaduras" en la piel, donde ésta toca el metal conductor. Estas "quemaduras" se deben a la producción de ácido y base en las zonas de contacto de la piel (se mueven iones) con metal (se mueven electrones). Estas "quemaduras" son dolorosas y tardan mucho en curarse, pero nunca son mortales

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Pregunta 6:
La tensión y la resistencia del cuerpo humano, las tenemos en la tabla de la pregunta 1. Si aplicamos la ley de Ohm, V = I * R ...

Respuesta 6:
Mucho ojo, que al cuerpo humano no se puede aplicar tan fácilmente la ley de Ohm. La impedancia de la piel y del tejido orgánico en general no cumple la ley de Ohm! El organismo es un conductor iónico, también llamado dieléctrico. Las partículas portadoras de carga no son electrones, son iones, en su mayoría Na+ y Cl- (por ser los iones más pequeños y más fáciles de mover). Hasta cierto umbral de tensión, estos iones están "presos" en su estructura y no hay conducción de corriente, es decir, la intensidad es cero. Cuando se sobrepasa este tensión de umbral, los iones se liberan, y la corriente empieza a fluir. Esto es una propiedad característica de los dieléctricos
Aparte, hay otras particularidades en cuanto al flujo de corriente eléctrica por el cuerpo. Por ejemplo:
- El cuerpo es un conductor de volumen, con impedancia diferente en las tres dimensiones. La corriente que pasa por él, se reparte de una forma imprevisible, dependiendo de la impedancia de los tejidos. Como ejemplo, por la sangre (impedancia baja) habrá una densidad alta de corriente (mucha intensidad), mientras por la grasa (impedancia alta) habrá una densidad baja (poca intensidad)
- Los efectos pueden ser muy diferentes, dependiendo por donde entra, por donde pasa y por donde sale la corriente del cuerpo
- Las membranas de células y órganos, en especial la piel, suelen tener una impedancia más alta, lo que "protege" a su contenido
- Los sensores (receptores) son especialmente vulnerables o sensibles a la corriente eléctrica
- La impedancia de los tejidos no es puramente resistiva, tiene componentes capacitivos e inductivos, es decir, la impedancia es otra para DC que para AC. Si miras la tabla de impedancia de la pregunta 1, verás que la impedancia disminuye con la frecuencia de la corriente alterna aplicada
- etc. etc. etc.

Veamos un ejemplo:
- Pongamos aplicar una tensión de 220Vac entre rodilla y tobillo (de la misma pierna). Dependiendo de la impedancia individual, fluirá una intensidad X, que se repartirá por el tejido. En zona de mucho músculo (pantorilla), la densidad será menor (menos sensación) que en la zona del tobillo (más sensación). En total, el evento será desagradable, pero sin mayor peligro
- Aplicando la misma tensión entre las dos manos (o los dos antebrazos), el resultado será muy diferente. Primero, la intensidad -mejor dicho, la densidad de corriente según donde mires- será diferente, y también será diferente si son las manos o los antebrazos (menos rsp. más intensidad). Segundo, y esto es lo más importante, la corriente pasará por la zona del corazón y puede causar la muerte por fibrilación cardíaca
Me gusta el foro nuevo: ADNsolar !

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