Descripción General
En este módulo, vamos a profundizar realmente en el voltaje, las ondas sinusoidales y lo que necesitas saber para comprender adecuadamente lo que te dice tu multímetro. No puedo decirte cuántas veces veo a técnicos malinterpretar sus lecturas, terminando por perder tiempo y reemplazando las piezas equivocadas. Analizaremos esto a fondo en este módulo y luego lo repasaremos en lecciones posteriores. ¡Presta mucha atención!
El Elemento Calefactor
El elemento calefactor es lo que calienta la secadora. Todos lo sabemos. Pero, ¿cómo funcionan? Sí, es tan simple como hacerle llegar 240 VCA, pero en realidad hay bastante que entender.
Cuando ves un elemento calefactor recién sacado de la caja, verás una carcasa metálica y las bobinas en el interior. En el exterior de la carcasa verás dos terminales de conexión (a veces más, según el modelo). Cuando conectamos los dos cables a los terminales y suministramos dos fases de 120 VCA que están desfasadas entre sí, las bobinas comienzan a brillar en rojo y a producir calor.
Para empezar, aunque la carcasa del elemento es de metal y las bobinas interiores son de nicromo, ambas están diseñadas para no tocarse. Si las bobinas tocaran la carcasa metálica, esto causaría que el elemento se fuera “a tierra” (grounded), y esto no es algo bueno. Si no está a tierra y se energiza con una línea de 120 VCA pero no hay diferencia de potencial (0 VCA), no pasará nada. No hay potencial de voltaje.
Cuando parte del nicromo toca la carcasa metálica (estando la carcasa a 0 VCA), ahora existe una diferencia de potencial y la corriente comienza a fluir. El elemento comenzaría a calentarse, aunque a la mitad de la potencia calorífica (BTU) que si estuvieran presentes los 240 VCA completos.
No verías un “cortocircuito” si el cable de nicromo estuviera tocando la carcasa, ya que el nicromo es una carga resistiva. SÍ verías un corto si una fase de voltaje ANTES del cable de nicromo tocara tierra, como ocurre en la imagen.
La mayoría de las configuraciones actuales tienen un corte de línea en cada fase de voltaje hacia el calentador; así, si el cable de nicromo se va a tierra, no pasaría nada. El interruptor centrífugo abre L2, y el temporizador o el control corta L1. Si los contactos del temporizador para L1 se quedaran pegados (soldados) y el nicromo estuviera a tierra, el elemento se calentaría.
Repaso Eléctrico
- Comprendiendo Voltaje y Corriente:
- Voltaje (V): Es la presión eléctrica que empuja la corriente a través de un circuito.
- Corriente (Amperios): Es el flujo de electricidad a través del circuito.
- 240 Voltios CA (Corriente Alterna): En los EE. UU., los 240 VCA se suministran como dos cables “vivos”, cada uno con 120 voltios desfasados entre sí. Esto significa que mientras el voltaje de un cable está en su pico positivo, el otro está en su pico negativo. Esta diferencia suma un potencial total de 240 voltios.
- Energía de Fase Dividida (Split-Phase):
- La mayoría de los hogares reciben un servicio de 240 voltios de fase dividida.
- Los dos cables “vivos” (L1 y L2) provienen de extremos opuestos de la bobina secundaria del transformador. En el panel de disyuntores, se segmentan.
- Un tercer cable, el neutro, se conecta a la toma central de la bobina del transformador. Esto permite acceder a 120 voltios (L1 o L2 con respecto al neutro) o 240 voltios (L1 con respecto a L2).
Cómo funciona un elemento calefactor con 240 VCA
- Elementos Calefactores y Resistencia:
- Un elemento calefactor suele estar hecho de un material de alta resistencia como el cable de nicromo.
- La resistencia es la clave para generar calor: cuando la electricidad fluye a través de un material con alta resistencia, encuentra oposición, convirtiendo la energía eléctrica en energía térmica.
- Conexión a 240 VCA:
- El elemento se conecta a través de los dos cables vivos (L1 y L2). Sin necesidad de un cable neutro en este caso, recibe los 240 voltios completos.
- La resistencia del elemento limita la corriente que fluye por él, según la Ley de Ohm. Corriente (I) = Voltaje (V) / Resistencia (R).
Consideraciones de Seguridad:
- Puesta a Tierra Adecuada: Garantiza que las corrientes de fuga se dirijan de forma segura hacia afuera, protegiendo al usuario y al equipo. Suele haber clips de soporte que elevan el elemento de nicromo lejos de la carcasa metálica para evitar esto. Con el tiempo, el nicromo puede calentarse, doblarse y a veces hace contacto con la carcasa. Ahí es cuando ocurre la derivación a tierra.
- Disyuntor (Breaker): Un circuito de 240V requiere un disyuntor de doble polo que desconecte ambos cables vivos simultáneamente en caso de falla. Generalmente, es un disyuntor de 30 amperios.
Onda Sinusoidal
Cuando hablamos de corriente alterna (CA), nos referimos al flujo de electricidad representado por una onda sinusoidal que sube y baja continuamente. Esta onda alterna entre +120 voltios y -120 voltios, completando este ciclo 60 veces por segundo, lo que se mide en hercios (Hz). En los Estados Unidos, la frecuencia estándar es 60 Hz.
Esta alternancia ocurre tan rápido que nuestros multímetros promedian la lectura y nos muestran 120 VCA. No veremos la pantalla saltando de +120 a -120. Pero recuerda, esos 120 VCA son cuando probamos con respecto al Neutro (0 VCA).
¿Cómo obtenemos 240 VCA? Simple. Tomamos dos líneas separadas de 120 VCA que están desfasadas entre sí.
Nuestro punto de referencia en un circuito de 120 VCA es un Neutro, que es 0 VCA. Eso crea una diferencia de potencial de 120 VCA.
En un circuito de 240 VCA, nuestro punto de referencia es la otra fase de 120 VCA. Así, +120 VCA y -120 VCA = 240 VCA. Eso crea una diferencia de potencial de 240 VCA.
Fases
¿Qué son las fases? Una fase es la onda sinusoidal. Cuando tienes una sola fase de electricidad, ves una única onda de 120 VCA. La clave para convertir esos 120 VCA en 240 VCA es incorporar otra onda de 120 VCA que oscila fuera de sincronía con la primera. En lugar de medir desde +/- 120 VCA hacia 0 VCA, medimos desde +120 VCA hacia -120 VCA.
¡Entender este concepto es crítico! No solo para los 240 VCA, sino para los procesos de diagnóstico de voltaje.
Flujo de Electrones
Electrones en un Circuito (Concepto Básico)
- Flujo de Electrones: En un circuito, los electrones se mueven desde el terminal negativo, pasan por el circuito (haciendo un trabajo) y vuelven al terminal positivo. Esto se conoce como flujo de corriente y se mide en amperios.
- Voltaje: Es el “empuje” detrás del movimiento de los electrones. A mayor voltaje, más fuerte es el empuje.
- Corriente Alterna (CA): Los electrones no fluyen en una sola dirección continuamente; oscilan de adelante hacia atrás 60 veces por segundo (60 Hz).
Circuitos de 120 VCA
- Cómo funciona: Un circuito de 120 VCA tiene un cable “vivo” (hot) y uno “neutro”. El vivo alterna su polaridad mientras el neutro está a 0V.
- Camino de los Electrones: El cable vivo “empuja” electrones hacia la carga (motor, bombilla) y estos regresan por el neutro, completando el circuito.
Circuitos de 240 VCA
- Cómo funciona: Tiene dos cables vivos, cada uno con 120V pero desfasados. Cuando uno está a +120V, el otro está a -120V.
- Camino de los Electrones: Los electrones oscilan entre los dos cables vivos. Al no haber neutro en muchos aparatos de 240V, el camino de retorno es simplemente el otro cable vivo.
Por qué es más eficiente: Al duplicarse el voltaje comparado con 120V, la corriente (amperios) necesaria para la misma potencia se reduce a la mitad. Menos corriente significa menos pérdida de calor y cables más delgados.
Resumen
Repasamos mucha infraestructura crítica. Está bien si no lo entiendes del todo todavía; me tomó tiempo a mí también. En módulos posteriores aplicaremos esto en escenarios prácticos.
Puntos Clave
- El voltaje es la diferencia de potencial entre dos puntos.
- 240 VCA es la diferencia de potencial entre dos líneas de 120 VCA desfasadas.
- 120 VCA es la diferencia de potencial entre 120 VCA y el Neutro (0 VCA).