Ciencia, tecnología y sociedad
Ciencia, tecnología y sociedad
Descarga eléctrica. Segunda parte
Descarga eléctrica. Segunda parte
¿Cuáles son los efectos de la
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
¿Cuáles son los efectos de la
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
Introducción
Introducción
En la primera parte de esta serie de artículos se definió qué
es una Descarga Eléctrica (DE) y cómo se clasifica para su
análisis. En esta segunda parte se dan a conocer cuáles son
los efectos producidos en el cuerpo de los seres humanos
cuando reciben una DE. Es importante comentar que una
DE puede producirse con Corriente Alterna (CA) o con
Corriente Directa (CD) y cada una de estas produce efectos
diferentes, por tal motivo son analizados por separado.
Además, es importante comentar que durante una DE, la relación entre el voltaje y la corriente no es lineal, ya que la impedancia del cuerpo humano depende de la tensión de contacto. Es por esto que se inicia con el tema de la impedancia del cuerpo humano. La mayoría de la información proporcionada en este artículo fue tomada del Estándar Internacional IEC 60479-1:2018, el cual fue elaborado por el comité técnico IEC 64 de Instalaciones Eléctricas y Protección Contra Descargas Eléctricas.
Además, es importante comentar que durante una DE, la relación entre el voltaje y la corriente no es lineal, ya que la impedancia del cuerpo humano depende de la tensión de contacto. Es por esto que se inicia con el tema de la impedancia del cuerpo humano. La mayoría de la información proporcionada en este artículo fue tomada del Estándar Internacional IEC 60479-1:2018, el cual fue elaborado por el comité técnico IEC 64 de Instalaciones Eléctricas y Protección Contra Descargas Eléctricas.
Desarrollo
Desarrollo
Impedancia del cuerpo humano
Para determinar la corriente eléctrica que circula en el cuerpo humano durante una DE, se aplica la Ley de Ohm, donde la tensión de contacto es la única variable que se conoce, sólo se requiere determinar la impedancia del cuerpo humano. La impedancia total del cuerpo humano está integrada por la suma vectorial de la impedancia interna del cuerpo humano y la impedancia de la piel, tal como se muestra en el diagrama de la Figura 1.
Para determinar la corriente eléctrica que circula en el cuerpo humano durante una DE, se aplica la Ley de Ohm, donde la tensión de contacto es la única variable que se conoce, sólo se requiere determinar la impedancia del cuerpo humano. La impedancia total del cuerpo humano está integrada por la suma vectorial de la impedancia interna del cuerpo humano y la impedancia de la piel, tal como se muestra en el diagrama de la Figura 1.
Figura 1. Impedancia total del cuerpo humano.
Figura 1. Impedancia total del cuerpo humano.
Como se verá en esta sección, la impedancia del cuerpo
humano está en función de la tensión de contacto, la frecuencia
de la corriente, la humedad de la piel, la trayectoria
de la corriente y del área de la zona de contacto.
Impedancia interna del cuerpo humano
La impedancia interna del cuerpo humano se considera totalmente resistiva, depende principalmente de la trayectoria de la corriente y en menor medida del área de contacto. En la Figura 2, se pueden observar las diferentes trayectorias de la corriente en el cuerpo humano durante una DE. Donde se dan los porcentajes de impedancia de cada trayectoria que, por lo general, las trayectorias son entre las extremidades (mano a mano, o mano a pies).
Impedancia interna del cuerpo humano
La impedancia interna del cuerpo humano se considera totalmente resistiva, depende principalmente de la trayectoria de la corriente y en menor medida del área de contacto. En la Figura 2, se pueden observar las diferentes trayectorias de la corriente en el cuerpo humano durante una DE. Donde se dan los porcentajes de impedancia de cada trayectoria que, por lo general, las trayectorias son entre las extremidades (mano a mano, o mano a pies).
Figura 2. Impedancias internas del cuerpo humano.
Figura 2. Impedancias internas del cuerpo humano.
Impedancia de la piel
La impedancia de la piel está formada por un componente resistivo y uno capacitivo. Esta impedancia depende de la tensión, frecuencia, duración del paso de la corriente, área de contacto, presión de contacto, humedad de la piel, temperatura y tipo de piel.
Hasta 50 V de tensión de contacto de CA, la impedancia de la piel varía ampliamente, arriba de este valor la impedancia disminuye rápidamente y se hace despreciable cuando la piel es perforada. Con respecto a la frecuencia, la impedancia de la piel decrece conforme la frecuencia aumenta.
Impedancia total del cuerpo humano
Esta impedancia tiene dos componentes: resistivo y capacitivo. Arriba de los 50 V de tensión de contacto, depende cada vez menos de la impedancia de la piel, cuando ésta se perfora, la impedancia total depende principalmente de la impedancia interna. Con respecto a la frecuencia, la impedancia total es mayor en CD y decrece cuando aumenta la frecuencia.
Debido a lo anterior, en la Tabla 1 se proporcionan los valores de impedancia del cuerpo humano cuando circula una CA a una frecuencia de 50/60 Hz, y en la Tabla 2 se proporcionan los valores de resistencia del cuerpo humano cuando circula una CD. En ambas tablas los valores de impedancia son obtenidos para un trayecto de mano a mano. Es importante observar que en la Tabla 2 se muestran valores de resistencia, ya que no existe reactancia en CD.
Conociendo los valores de impedancia o resistencia, se está en posibilidades de calcular la corriente circulante en el cuerpo humano, durante una DE.
Lo que continúa, es dar a conocer los efectos que produce la corriente eléctrica cuando circula en el cuerpo humano.
Efectos de la CA (60 Hz) en el cuerpo humano
La descripción de los efectos de la corriente que circula en el cuerpo de una persona cuando sufre una DE, se realiza clasificando el efecto en varias etapas, es decir, a través de umbrales de: percepción, reacción, no soltar, fibrilación ventricular e inmovilización.
Umbral de percepción. Valor mínimo de la corriente que causa cierta sensación a la persona.
Umbral de reacción. Valor mínimo de la corriente que causa contracción muscular involuntaria.
Umbral de no soltar. Valor máximo de la corriente que aún le permite a una persona soltar los electrodos energizados.
Tabla 1. Impedancia total del cuerpo humano (ZT) para un trayecto de corriente mano a mano de CA a una frecuencia de 50/60 Hz, para áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
Tabla 2. Resistencia total del cuerpo humano (RT) para un trayecto de corriente de CD, mano a mano, para el caso de áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
Umbral de fibrilación ventricular. Valor mínimo de la corriente, que, al atravesar el cuerpo humano, provoca la fibrilación ventricular.
Umbral de inmovilización. Valor mínimo de la corriente a través del cuerpo humano influenciado (o parte del cuerpo), que causa tal reacción muscular, que la persona no puede moverse voluntariamente mientras la corriente fluye.
Umbrales de percepción y reacción
Ambos umbrales de percepción y reacción dependen de diferentes parámetros, tales como del área de contacto del cuerpo con un electrodo (área de contacto), las condiciones de contacto (seco, mojado, presión y temperatura) y también las características fisiológicas del individuo.
En la normativa IEC, se indica el valor de corriente de 0.5 mA, como un valor de umbral de reacción, independientemente del tiempo que dure fluyendo en el cuerpo humano.
Umbral de inmovilización
La inmovilización es el efecto de la imposibilidad de movilizar el cuerpo voluntariamente.
La inmovilización se debe a la corriente que fluye sobre los músculos o a través de los nervios o parte del cerebro asociado.
Los valores de corriente que causan la inmovilización dependen del volumen de los músculos afectados, el tipo de nervio y las partes del cerebro afectadas por la corriente.
Umbral de no soltar
Este umbral depende de diferentes parámetros, tales como el área de contacto, la forma y tamaño de los electrodos y también de las características fisiológicas del individuo.
Se asume un valor aproximado de 10 mA para adultos masculinos.
Umbral de fibrilación ventricular
Es importante dejar claro, en qué consiste una fibrilación ventricular. Se indica que es un ritmo cardiaco muy anormal (arritmia), que es potencialmente mortal, que la fibrilación es una contracción o temblor incontrolable de las fibras musculares (fibrillas). Cuando ocurre en las cámaras bajas del corazón (ventrículo), se denomina fibrilación ventricular.
El umbral de fibrilación ventricular, depende de parámetros fisiológicos (anatomía del cuerpo, función cardiaca, entre otros), así como de los parámetros eléctricos, tales como, la duración y trayecto del flujo de corriente, las características de la corriente, etcétera.
En CA a 60 Hz, el umbral de fibrilación se reduce considerablemente cuando la duración del paso de la corriente se prolonga más allá de un ciclo cardiaco. Esto resulta del aumento de heterogeneidad del estado de excitación del corazón debido a las extrasístoles (latidos adicionales anormales), producidas por la corriente.
Aunque una DE tenga una duración menor de 0.1 s, se puede producir una fibrilación, siempre y cuando la corriente sea mayor a 500 mA y se produzca durante el período vulnerable, tal como se observa en la Figura 3. Para una DE con la misma intensidad de corriente y con una duración mayor a un ciclo cardiaco (ver este ciclo en la Figura 4), se puede producir un paro cardiaco reversible.
Ciclo cardiaco
Es la secuencia de acontecimientos mecánicos y eléctricos que se repiten en cada latido cardiaco. Cada ciclo inicia con la generación de un potencial de acción en el nodo sinusal, la consiguiente contracción de las aurículas y termina con la relajación de los ventrículos. El periodo de contracción durante el que se bombea la sangre se llama sístole, el periodo de relajación durante el cual se llenan las cavidades con sangre se llama diástole.
La impedancia de la piel está formada por un componente resistivo y uno capacitivo. Esta impedancia depende de la tensión, frecuencia, duración del paso de la corriente, área de contacto, presión de contacto, humedad de la piel, temperatura y tipo de piel.
Hasta 50 V de tensión de contacto de CA, la impedancia de la piel varía ampliamente, arriba de este valor la impedancia disminuye rápidamente y se hace despreciable cuando la piel es perforada. Con respecto a la frecuencia, la impedancia de la piel decrece conforme la frecuencia aumenta.
Impedancia total del cuerpo humano
Esta impedancia tiene dos componentes: resistivo y capacitivo. Arriba de los 50 V de tensión de contacto, depende cada vez menos de la impedancia de la piel, cuando ésta se perfora, la impedancia total depende principalmente de la impedancia interna. Con respecto a la frecuencia, la impedancia total es mayor en CD y decrece cuando aumenta la frecuencia.
Debido a lo anterior, en la Tabla 1 se proporcionan los valores de impedancia del cuerpo humano cuando circula una CA a una frecuencia de 50/60 Hz, y en la Tabla 2 se proporcionan los valores de resistencia del cuerpo humano cuando circula una CD. En ambas tablas los valores de impedancia son obtenidos para un trayecto de mano a mano. Es importante observar que en la Tabla 2 se muestran valores de resistencia, ya que no existe reactancia en CD.
Conociendo los valores de impedancia o resistencia, se está en posibilidades de calcular la corriente circulante en el cuerpo humano, durante una DE.
Lo que continúa, es dar a conocer los efectos que produce la corriente eléctrica cuando circula en el cuerpo humano.
Efectos de la CA (60 Hz) en el cuerpo humano
La descripción de los efectos de la corriente que circula en el cuerpo de una persona cuando sufre una DE, se realiza clasificando el efecto en varias etapas, es decir, a través de umbrales de: percepción, reacción, no soltar, fibrilación ventricular e inmovilización.
Umbral de percepción. Valor mínimo de la corriente que causa cierta sensación a la persona.
Umbral de reacción. Valor mínimo de la corriente que causa contracción muscular involuntaria.
Umbral de no soltar. Valor máximo de la corriente que aún le permite a una persona soltar los electrodos energizados.
| Tensión de contacto (V) | Valores para la impedancia total del cuerpo ZT (ohms) que no son excedidos por el | ||
| 5% de la población | 50% de la población | 95% de la población | |
| 25 | 1750 | 3250 | 6100 |
| 50 | 1375 | 2500 | 4600 |
| 75 | 1125 | 2000 | 3600 |
| 100 | 990 | 1725 | 3125 |
| 125 | 900 | 1550 | 2675 |
| 150 | 850 | 1400 | 2350 |
| 175 | 825 | 1325 | 2175 |
| 200 | 800 | 1275 | 2050 |
| 225 | 775 | 1225 | 1900 |
| 400 | 700 | 950 | 1275 |
| 500 | 625 | 850 | 1150 |
| 700 | 575 | 775 | 1050 |
| 1000 | 575 | 775 | 1050 |
| impedancia interna | 575 | 775 | 1050 |
Tabla 1. Impedancia total del cuerpo humano (ZT) para un trayecto de corriente mano a mano de CA a una frecuencia de 50/60 Hz, para áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
| Tensión de contacto (V) | Valores para la resistencia total del cuerpo RT (ohms) que no son excedidos por el | ||
| 5% de la población | 50% de la población | 95% de la población | |
| 25 | 2100 | 3875 | 7275 |
| 50 | 1600 | 2900 | 5325 |
| 75 | 1275 | 2275 | 4100 |
| 100 | 1100 | 1900 | 3350 |
| 125 | 975 | 1675 | 2875 |
| 150 | 875 | 1475 | 2475 |
| 175 | 825 | 1350 | 2225 |
| 200 | 800 | 1275 | 2050 |
| 225 | 775 | 1225 | 1900 |
| 400 | 700 | 950 | 1275 |
| 500 | 625 | 850 | 1150 |
| 700 | 575 | 775 | 1050 |
| 1000 | 575 | 775 | 1050 |
| valor asintótico | 575 | 775 | 1050 |
Tabla 2. Resistencia total del cuerpo humano (RT) para un trayecto de corriente de CD, mano a mano, para el caso de áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
Umbral de fibrilación ventricular. Valor mínimo de la corriente, que, al atravesar el cuerpo humano, provoca la fibrilación ventricular.
Umbral de inmovilización. Valor mínimo de la corriente a través del cuerpo humano influenciado (o parte del cuerpo), que causa tal reacción muscular, que la persona no puede moverse voluntariamente mientras la corriente fluye.
Umbrales de percepción y reacción
Ambos umbrales de percepción y reacción dependen de diferentes parámetros, tales como del área de contacto del cuerpo con un electrodo (área de contacto), las condiciones de contacto (seco, mojado, presión y temperatura) y también las características fisiológicas del individuo.
En la normativa IEC, se indica el valor de corriente de 0.5 mA, como un valor de umbral de reacción, independientemente del tiempo que dure fluyendo en el cuerpo humano.
Umbral de inmovilización
La inmovilización es el efecto de la imposibilidad de movilizar el cuerpo voluntariamente.
La inmovilización se debe a la corriente que fluye sobre los músculos o a través de los nervios o parte del cerebro asociado.
Los valores de corriente que causan la inmovilización dependen del volumen de los músculos afectados, el tipo de nervio y las partes del cerebro afectadas por la corriente.
Umbral de no soltar
Este umbral depende de diferentes parámetros, tales como el área de contacto, la forma y tamaño de los electrodos y también de las características fisiológicas del individuo.
Se asume un valor aproximado de 10 mA para adultos masculinos.
Umbral de fibrilación ventricular
Es importante dejar claro, en qué consiste una fibrilación ventricular. Se indica que es un ritmo cardiaco muy anormal (arritmia), que es potencialmente mortal, que la fibrilación es una contracción o temblor incontrolable de las fibras musculares (fibrillas). Cuando ocurre en las cámaras bajas del corazón (ventrículo), se denomina fibrilación ventricular.
El umbral de fibrilación ventricular, depende de parámetros fisiológicos (anatomía del cuerpo, función cardiaca, entre otros), así como de los parámetros eléctricos, tales como, la duración y trayecto del flujo de corriente, las características de la corriente, etcétera.
En CA a 60 Hz, el umbral de fibrilación se reduce considerablemente cuando la duración del paso de la corriente se prolonga más allá de un ciclo cardiaco. Esto resulta del aumento de heterogeneidad del estado de excitación del corazón debido a las extrasístoles (latidos adicionales anormales), producidas por la corriente.
Aunque una DE tenga una duración menor de 0.1 s, se puede producir una fibrilación, siempre y cuando la corriente sea mayor a 500 mA y se produzca durante el período vulnerable, tal como se observa en la Figura 3. Para una DE con la misma intensidad de corriente y con una duración mayor a un ciclo cardiaco (ver este ciclo en la Figura 4), se puede producir un paro cardiaco reversible.
Ciclo cardiaco
Es la secuencia de acontecimientos mecánicos y eléctricos que se repiten en cada latido cardiaco. Cada ciclo inicia con la generación de un potencial de acción en el nodo sinusal, la consiguiente contracción de las aurículas y termina con la relajación de los ventrículos. El periodo de contracción durante el que se bombea la sangre se llama sístole, el periodo de relajación durante el cual se llenan las cavidades con sangre se llama diástole.
Figura 3. Fibrilación durante DE en periodo vulnerable.
Figura 3. Fibrilación durante DE en periodo vulnerable.
Figura 4. Ciclo cardiaco y periodo vulnerable.
Figura 4. Ciclo cardiaco y periodo vulnerable.
Tanto las aurículas como los ventrículos transitan por las
fases de sístole y diástole, y es esencial la regulación coordinada
de su contracción para lograr un bombeo adecuado
de la sangre al cuerpo. Durante el ciclo cardiaco las presiones
en las aurículas o ventrículos aumentan y disminuyen
repetitivamente, lo que produce que la sangre fluya
de donde hay mayor presión a donde hay menor presión, es
decir: al inicio de la diástole auricular la sangre fluye de las
venas a las aurículas por la diferencia de presión, posteriormente
conforme se llenan las aurículas la presión aumenta
y la sangre se mueve pasivamente a los ventrículos. Cuando
un potencial de acción generado en el nodo sinoauricular
(marcapaso cardiaco) hace que las aurículas se contraigan (sístole auricular), la sangre es bombeada activamente a
los ventrículos, después el potencial de acción se propaga
al músculo ventricular e inicia la sístole ventricular, la presión
aumenta por encima de la de las arterias pulmonar
y aorta, y la sangre sale hacia la circulación pulmonar o
sistémica.
Efectos de la corriente en la piel
Los efectos de la corriente en la piel se describen en la gráfica de la Figura 5 y una descripción más detallada se proporciona en la Tabla 3.
Efectos de la corriente en la piel
Los efectos de la corriente en la piel se describen en la gráfica de la Figura 5 y una descripción más detallada se proporciona en la Tabla 3.
Figura 5. Dependencia de la alteración de la piel con respecto a la densidad de la corriente y el tiempo.
Figura 5. Dependencia de la alteración de la piel con respecto a la densidad de la corriente y el tiempo.
| Densidad de corriente (mA/mm2) |
Cambios en la piel | Zona |
| <10 | No se observa alteración. Si la corriente dura unos segundos más, la superficie bajo el electrodo, puede tomar un color blanco grisáceo y textura rogosa. | 0 |
| 10 - 20 | Enrojecimiento de la piel con hinchazón | 1 |
| 20 - 50 | Toma un color pardo la superficie debajo del electrodo extendiéndose fuera de éste. Para una duración mayor del flujo de corriente (varias decenas de segundos), se observarán marcas de ampollas alrededor del electrodo. | 2 |
| >50 | Puede ocurrir carbonización de la piel | 3 |
Tabla 3. Cambios en la piel en las zonas de la Figura 5.
Umbral de fibrilación ventricular
Similar al caso de CA, el umbral de fibrilación ventricular para CD depende de las condiciones fisiológicas y los parámetros eléctricos.
De acuerdo con la información de accidentes eléctricos, el peligro de fibrilación ventricular solo se presenta en los casos de corrientes longitudinales. Para el caso de las corrientes transversales, sí se puede presentar fibrilación ventricular siempre y cuando sea con corrientes más elevadas.
Entiéndase por corriente longitudinal y transversal, a la corriente que fluye en sentido longitudinal a través del tronco del cuerpo humano, por ejemplo, entre mano y pies, y entre mano y mano, respectivamente.
La experiencia ha demostrado que el umbral de fibrilación ventricular para una corriente descendente, es aproximadamente dos veces mayor que para una corriente ascendente. Donde las corrientes ascendentes y descendentes son la CD a través del cuerpo humano, donde los pies representan el polo positivo y el polo negativo, respectivamente.
Para una DE con duración superior al periodo de un ciclo cardiaco, el umbral de fibrilación en CD es varias veces mayor que el de CA. Para duraciones de descargas eléctricas inferiores de 200 ms, el umbral de fibrilación es el mismo que en CA expresado en valor eficaz.
Otros efectos de la CD
Arriba de 100 mA, se puede sentir una sensación de calor en las extremidades. En el interior de la zona de contacto, se siente una sensación de dolor en la piel.
Las corrientes transversales iguales o inferiores a 300 mA durante varios minutos pueden provocar arritmias cardiacas reversibles, marcas de corriente, quemaduras, vértigos y, en ciertos casos, inconsciencia. Arriba de 300 mA, con frecuencia se produce inconsciencia.
Las corrientes de más de un ampere, durante varios segundos, es posible que provoquen quemaduras profundas, heridas e incluso la muerte.
Conclusiones
Conclusiones
Las DEs por CA son más peligrosas que las producidas por
CD, ya que requieren menor tiempo para producir los mismos
efectos. Los efectos producidos por las DE dependen principalmente
de la magnitud de la corriente y el tiempo de duración.
Las DE por CA requieren de un menor tiempo para producir
efectos peligrosos, tales como la fibrilación ventricular,
que es la principal causa de muerte por las DEs. Aparte de
requerir menor tiempo para producir los efectos peligrosos,
la CA es la más utilizada por la humanidad, más bien, es la
que se encuentra en la vida diaria de los seres humanos;
cabe aclarar que también la CD tiene una gran aplicación en
todos los equipos empleados por el ser humano, pero ésta
no es tan comúnmente utilizada, ya que se encuentra internamente
haciendo funcionar los circuitos electrónicos en el
interior de todos los equipos y electrodomésticos.
Después de conocer cómo se clasifica una DE para su análisis, cuáles son sus efectos, que éstos dependen de la magnitud de la corriente y del tiempo de su duración en el cuerpo del ser humano; lo siguiente es conocer cuáles son los medios necesarios para prevenirlos y con ello salvar la vida de las personas y los animales. Este tema se desarrollará en la tercera parte de esta serie de artículos.
El INEEL continúa con la divulgación a todas las áreas donde se hace uso de la energía eléctrica para prevenir accidentes que discapacitan y, en la mayoría de los casos, quitan la vida.
Después de conocer cómo se clasifica una DE para su análisis, cuáles son sus efectos, que éstos dependen de la magnitud de la corriente y del tiempo de su duración en el cuerpo del ser humano; lo siguiente es conocer cuáles son los medios necesarios para prevenirlos y con ello salvar la vida de las personas y los animales. Este tema se desarrollará en la tercera parte de esta serie de artículos.
El INEEL continúa con la divulgación a todas las áreas donde se hace uso de la energía eléctrica para prevenir accidentes que discapacitan y, en la mayoría de los casos, quitan la vida.
Autores:
Edgar Pérez Hernández, eperez@ineel.mx
Isaías Ramírez Vázquez, iramirez@ineel.mx
Hebert Godínez Enríquez, hgodinez@ineel.mx
Edgar Pérez Hernández, eperez@ineel.mx
Isaías Ramírez Vázquez, iramirez@ineel.mx
Hebert Godínez Enríquez, hgodinez@ineel.mx
Ciencia, tecnología y sociedad
Ciencia, tecnología y sociedad
Descarga eléctrica. Segunda parte
Descarga eléctrica. Segunda parte
¿Cuáles son los efectos de la
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
¿Cuáles son los efectos de la
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
descarga eléctrica en el cuerpo
humano?
Introducción
Introducción
En la primera parte de esta serie de artículos se definió qué
es una Descarga Eléctrica (DE) y cómo se clasifica para su
análisis. En esta segunda parte se dan a conocer cuáles son
los efectos producidos en el cuerpo de los seres humanos
cuando reciben una DE. Es importante comentar que una
DE puede producirse con Corriente Alterna (CA) o con
Corriente Directa (CD) y cada una de estas produce efectos
diferentes, por tal motivo son analizados por separado.
Además, es importante comentar que durante una DE, la relación entre el voltaje y la corriente no es lineal, ya que la impedancia del cuerpo humano depende de la tensión de contacto. Es por esto que se inicia con el tema de la impedancia del cuerpo humano. La mayoría de la información proporcionada en este artículo fue tomada del Estándar Internacional IEC 60479-1:2018, el cual fue elaborado por el comité técnico IEC 64 de Instalaciones Eléctricas y Protección Contra Descargas Eléctricas.
Además, es importante comentar que durante una DE, la relación entre el voltaje y la corriente no es lineal, ya que la impedancia del cuerpo humano depende de la tensión de contacto. Es por esto que se inicia con el tema de la impedancia del cuerpo humano. La mayoría de la información proporcionada en este artículo fue tomada del Estándar Internacional IEC 60479-1:2018, el cual fue elaborado por el comité técnico IEC 64 de Instalaciones Eléctricas y Protección Contra Descargas Eléctricas.
Desarrollo
Desarrollo
Impedancia del cuerpo humano
Para determinar la corriente eléctrica que circula en el cuerpo humano durante una DE, se aplica la Ley de Ohm, donde la tensión de contacto es la única variable que se conoce, sólo se requiere determinar la impedancia del cuerpo humano. La impedancia total del cuerpo humano está integrada por la suma vectorial de la impedancia interna del cuerpo humano y la impedancia de la piel, tal como se muestra en el diagrama de la Figura 1.
Para determinar la corriente eléctrica que circula en el cuerpo humano durante una DE, se aplica la Ley de Ohm, donde la tensión de contacto es la única variable que se conoce, sólo se requiere determinar la impedancia del cuerpo humano. La impedancia total del cuerpo humano está integrada por la suma vectorial de la impedancia interna del cuerpo humano y la impedancia de la piel, tal como se muestra en el diagrama de la Figura 1.
Figura 1. Impedancia total del cuerpo humano.
Figura 1. Impedancia total del cuerpo humano.
Como se verá en esta sección, la impedancia del cuerpo
humano está en función de la tensión de contacto, la frecuencia
de la corriente, la humedad de la piel, la trayectoria
de la corriente y del área de la zona de contacto.
Impedancia interna del cuerpo humano
La impedancia interna del cuerpo humano se considera totalmente resistiva, depende principalmente de la trayectoria de la corriente y en menor medida del área de contacto. En la Figura 2, se pueden observar las diferentes trayectorias de la corriente en el cuerpo humano durante una DE. Donde se dan los porcentajes de impedancia de cada trayectoria que, por lo general, las trayectorias son entre las extremidades (mano a mano, o mano a pies).
Impedancia interna del cuerpo humano
La impedancia interna del cuerpo humano se considera totalmente resistiva, depende principalmente de la trayectoria de la corriente y en menor medida del área de contacto. En la Figura 2, se pueden observar las diferentes trayectorias de la corriente en el cuerpo humano durante una DE. Donde se dan los porcentajes de impedancia de cada trayectoria que, por lo general, las trayectorias son entre las extremidades (mano a mano, o mano a pies).
Figura 2. Impedancias internas del cuerpo humano.
Figura 2. Impedancias internas del cuerpo humano.
Impedancia de la piel
La impedancia de la piel está formada por un componente resistivo y uno capacitivo. Esta impedancia depende de la tensión, frecuencia, duración del paso de la corriente, área de contacto, presión de contacto, humedad de la piel, temperatura y tipo de piel.
Hasta 50 V de tensión de contacto de CA, la impedancia de la piel varía ampliamente, arriba de este valor la impedancia disminuye rápidamente y se hace despreciable cuando la piel es perforada. Con respecto a la frecuencia, la impedancia de la piel decrece conforme la frecuencia aumenta.
Impedancia total del cuerpo humano
Esta impedancia tiene dos componentes: resistivo y capacitivo. Arriba de los 50 V de tensión de contacto, depende cada vez menos de la impedancia de la piel, cuando ésta se perfora, la impedancia total depende principalmente de la impedancia interna. Con respecto a la frecuencia, la impedancia total es mayor en CD y decrece cuando aumenta la frecuencia.
Debido a lo anterior, en la Tabla 1 se proporcionan los valores de impedancia del cuerpo humano cuando circula una CA a una frecuencia de 50/60 Hz, y en la Tabla 2 se proporcionan los valores de resistencia del cuerpo humano cuando circula una CD. En ambas tablas los valores de impedancia son obtenidos para un trayecto de mano a mano. Es importante observar que en la Tabla 2 se muestran valores de resistencia, ya que no existe reactancia en CD.
Conociendo los valores de impedancia o resistencia, se está en posibilidades de calcular la corriente circulante en el cuerpo humano, durante una DE.
Lo que continúa, es dar a conocer los efectos que produce la corriente eléctrica cuando circula en el cuerpo humano.
Efectos de la CA (60 Hz) en el cuerpo humano
La descripción de los efectos de la corriente que circula en el cuerpo de una persona cuando sufre una DE, se realiza clasificando el efecto en varias etapas, es decir, a través de umbrales de: percepción, reacción, no soltar, fibrilación ventricular e inmovilización.
Umbral de percepción. Valor mínimo de la corriente que causa cierta sensación a la persona.
Umbral de reacción. Valor mínimo de la corriente que causa contracción muscular involuntaria.
Umbral de no soltar. Valor máximo de la corriente que aún le permite a una persona soltar los electrodos energizados.
Tabla 1. Impedancia total del cuerpo humano (ZT) para un trayecto de corriente mano a mano de CA a una frecuencia de 50/60 Hz, para áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
Tabla 2. Resistencia total del cuerpo humano (RT) para un trayecto de corriente de CD, mano a mano, para el caso de áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
Umbral de fibrilación ventricular. Valor mínimo de la corriente, que, al atravesar el cuerpo humano, provoca la fibrilación ventricular.
Umbral de inmovilización. Valor mínimo de la corriente a través del cuerpo humano influenciado (o parte del cuerpo), que causa tal reacción muscular, que la persona no puede moverse voluntariamente mientras la corriente fluye.
Umbrales de percepción y reacción
Ambos umbrales de percepción y reacción dependen de diferentes parámetros, tales como del área de contacto del cuerpo con un electrodo (área de contacto), las condiciones de contacto (seco, mojado, presión y temperatura) y también las características fisiológicas del individuo.
En la normativa IEC, se indica el valor de corriente de 0.5 mA, como un valor de umbral de reacción, independientemente del tiempo que dure fluyendo en el cuerpo humano.
Umbral de inmovilización
La inmovilización es el efecto de la imposibilidad de movilizar el cuerpo voluntariamente.
La inmovilización se debe a la corriente que fluye sobre los músculos o a través de los nervios o parte del cerebro asociado.
Los valores de corriente que causan la inmovilización dependen del volumen de los músculos afectados, el tipo de nervio y las partes del cerebro afectadas por la corriente.
Umbral de no soltar
Este umbral depende de diferentes parámetros, tales como el área de contacto, la forma y tamaño de los electrodos y también de las características fisiológicas del individuo.
Se asume un valor aproximado de 10 mA para adultos masculinos.
Umbral de fibrilación ventricular
Es importante dejar claro, en qué consiste una fibrilación ventricular. Se indica que es un ritmo cardiaco muy anormal (arritmia), que es potencialmente mortal, que la fibrilación es una contracción o temblor incontrolable de las fibras musculares (fibrillas). Cuando ocurre en las cámaras bajas del corazón (ventrículo), se denomina fibrilación ventricular.
El umbral de fibrilación ventricular, depende de parámetros fisiológicos (anatomía del cuerpo, función cardiaca, entre otros), así como de los parámetros eléctricos, tales como, la duración y trayecto del flujo de corriente, las características de la corriente, etcétera.
En CA a 60 Hz, el umbral de fibrilación se reduce considerablemente cuando la duración del paso de la corriente se prolonga más allá de un ciclo cardiaco. Esto resulta del aumento de heterogeneidad del estado de excitación del corazón debido a las extrasístoles (latidos adicionales anormales), producidas por la corriente.
Aunque una DE tenga una duración menor de 0.1 s, se puede producir una fibrilación, siempre y cuando la corriente sea mayor a 500 mA y se produzca durante el período vulnerable, tal como se observa en la Figura 3. Para una DE con la misma intensidad de corriente y con una duración mayor a un ciclo cardiaco (ver este ciclo en la Figura 4), se puede producir un paro cardiaco reversible.
Ciclo cardiaco
Es la secuencia de acontecimientos mecánicos y eléctricos que se repiten en cada latido cardiaco. Cada ciclo inicia con la generación de un potencial de acción en el nodo sinusal, la consiguiente contracción de las aurículas y termina con la relajación de los ventrículos. El periodo de contracción durante el que se bombea la sangre se llama sístole, el periodo de relajación durante el cual se llenan las cavidades con sangre se llama diástole.
La impedancia de la piel está formada por un componente resistivo y uno capacitivo. Esta impedancia depende de la tensión, frecuencia, duración del paso de la corriente, área de contacto, presión de contacto, humedad de la piel, temperatura y tipo de piel.
Hasta 50 V de tensión de contacto de CA, la impedancia de la piel varía ampliamente, arriba de este valor la impedancia disminuye rápidamente y se hace despreciable cuando la piel es perforada. Con respecto a la frecuencia, la impedancia de la piel decrece conforme la frecuencia aumenta.
Impedancia total del cuerpo humano
Esta impedancia tiene dos componentes: resistivo y capacitivo. Arriba de los 50 V de tensión de contacto, depende cada vez menos de la impedancia de la piel, cuando ésta se perfora, la impedancia total depende principalmente de la impedancia interna. Con respecto a la frecuencia, la impedancia total es mayor en CD y decrece cuando aumenta la frecuencia.
Debido a lo anterior, en la Tabla 1 se proporcionan los valores de impedancia del cuerpo humano cuando circula una CA a una frecuencia de 50/60 Hz, y en la Tabla 2 se proporcionan los valores de resistencia del cuerpo humano cuando circula una CD. En ambas tablas los valores de impedancia son obtenidos para un trayecto de mano a mano. Es importante observar que en la Tabla 2 se muestran valores de resistencia, ya que no existe reactancia en CD.
Conociendo los valores de impedancia o resistencia, se está en posibilidades de calcular la corriente circulante en el cuerpo humano, durante una DE.
Lo que continúa, es dar a conocer los efectos que produce la corriente eléctrica cuando circula en el cuerpo humano.
Efectos de la CA (60 Hz) en el cuerpo humano
La descripción de los efectos de la corriente que circula en el cuerpo de una persona cuando sufre una DE, se realiza clasificando el efecto en varias etapas, es decir, a través de umbrales de: percepción, reacción, no soltar, fibrilación ventricular e inmovilización.
Umbral de percepción. Valor mínimo de la corriente que causa cierta sensación a la persona.
Umbral de reacción. Valor mínimo de la corriente que causa contracción muscular involuntaria.
Umbral de no soltar. Valor máximo de la corriente que aún le permite a una persona soltar los electrodos energizados.
| Tensión de contacto (V) | Valores para la impedancia total del cuerpo ZT (ohms) que no son excedidos por el | ||
| 5% de la población | 50% de la población | 95% de la población | |
| 25 | 1750 | 3250 | 6100 |
| 50 | 1375 | 2500 | 4600 |
| 75 | 1125 | 2000 | 3600 |
| 100 | 990 | 1725 | 3125 |
| 125 | 900 | 1550 | 2675 |
| 150 | 850 | 1400 | 2350 |
| 175 | 825 | 1325 | 2175 |
| 200 | 800 | 1275 | 2050 |
| 225 | 775 | 1225 | 1900 |
| 400 | 700 | 950 | 1275 |
| 500 | 625 | 850 | 1150 |
| 700 | 575 | 775 | 1050 |
| 1000 | 575 | 775 | 1050 |
| impedancia interna | 575 | 775 | 1050 |
Tabla 1. Impedancia total del cuerpo humano (ZT) para un trayecto de corriente mano a mano de CA a una frecuencia de 50/60 Hz, para áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
| Tensión de contacto (V) | Valores para la resistencia total del cuerpo RT (ohms) que no son excedidos por el | ||
| 5% de la población | 50% de la población | 95% de la población | |
| 25 | 2100 | 3875 | 7275 |
| 50 | 1600 | 2900 | 5325 |
| 75 | 1275 | 2275 | 4100 |
| 100 | 1100 | 1900 | 3350 |
| 125 | 975 | 1675 | 2875 |
| 150 | 875 | 1475 | 2475 |
| 175 | 825 | 1350 | 2225 |
| 200 | 800 | 1275 | 2050 |
| 225 | 775 | 1225 | 1900 |
| 400 | 700 | 950 | 1275 |
| 500 | 625 | 850 | 1150 |
| 700 | 575 | 775 | 1050 |
| 1000 | 575 | 775 | 1050 |
| valor asintótico | 575 | 775 | 1050 |
Tabla 2. Resistencia total del cuerpo humano (RT) para un trayecto de corriente de CD, mano a mano, para el caso de áreas de contacto de superficies grandes en condiciones secas.
Umbral de fibrilación ventricular. Valor mínimo de la corriente, que, al atravesar el cuerpo humano, provoca la fibrilación ventricular.
Umbral de inmovilización. Valor mínimo de la corriente a través del cuerpo humano influenciado (o parte del cuerpo), que causa tal reacción muscular, que la persona no puede moverse voluntariamente mientras la corriente fluye.
Umbrales de percepción y reacción
Ambos umbrales de percepción y reacción dependen de diferentes parámetros, tales como del área de contacto del cuerpo con un electrodo (área de contacto), las condiciones de contacto (seco, mojado, presión y temperatura) y también las características fisiológicas del individuo.
En la normativa IEC, se indica el valor de corriente de 0.5 mA, como un valor de umbral de reacción, independientemente del tiempo que dure fluyendo en el cuerpo humano.
Umbral de inmovilización
La inmovilización es el efecto de la imposibilidad de movilizar el cuerpo voluntariamente.
La inmovilización se debe a la corriente que fluye sobre los músculos o a través de los nervios o parte del cerebro asociado.
Los valores de corriente que causan la inmovilización dependen del volumen de los músculos afectados, el tipo de nervio y las partes del cerebro afectadas por la corriente.
Umbral de no soltar
Este umbral depende de diferentes parámetros, tales como el área de contacto, la forma y tamaño de los electrodos y también de las características fisiológicas del individuo.
Se asume un valor aproximado de 10 mA para adultos masculinos.
Umbral de fibrilación ventricular
Es importante dejar claro, en qué consiste una fibrilación ventricular. Se indica que es un ritmo cardiaco muy anormal (arritmia), que es potencialmente mortal, que la fibrilación es una contracción o temblor incontrolable de las fibras musculares (fibrillas). Cuando ocurre en las cámaras bajas del corazón (ventrículo), se denomina fibrilación ventricular.
El umbral de fibrilación ventricular, depende de parámetros fisiológicos (anatomía del cuerpo, función cardiaca, entre otros), así como de los parámetros eléctricos, tales como, la duración y trayecto del flujo de corriente, las características de la corriente, etcétera.
En CA a 60 Hz, el umbral de fibrilación se reduce considerablemente cuando la duración del paso de la corriente se prolonga más allá de un ciclo cardiaco. Esto resulta del aumento de heterogeneidad del estado de excitación del corazón debido a las extrasístoles (latidos adicionales anormales), producidas por la corriente.
Aunque una DE tenga una duración menor de 0.1 s, se puede producir una fibrilación, siempre y cuando la corriente sea mayor a 500 mA y se produzca durante el período vulnerable, tal como se observa en la Figura 3. Para una DE con la misma intensidad de corriente y con una duración mayor a un ciclo cardiaco (ver este ciclo en la Figura 4), se puede producir un paro cardiaco reversible.
Ciclo cardiaco
Es la secuencia de acontecimientos mecánicos y eléctricos que se repiten en cada latido cardiaco. Cada ciclo inicia con la generación de un potencial de acción en el nodo sinusal, la consiguiente contracción de las aurículas y termina con la relajación de los ventrículos. El periodo de contracción durante el que se bombea la sangre se llama sístole, el periodo de relajación durante el cual se llenan las cavidades con sangre se llama diástole.
Figura 3. Fibrilación durante DE en periodo vulnerable.
Figura 3. Fibrilación durante DE en periodo vulnerable.
Figura 4. Ciclo cardiaco y periodo vulnerable.
Figura 4. Ciclo cardiaco y periodo vulnerable.
Tanto las aurículas como los ventrículos transitan por las
fases de sístole y diástole, y es esencial la regulación coordinada
de su contracción para lograr un bombeo adecuado
de la sangre al cuerpo. Durante el ciclo cardiaco las presiones
en las aurículas o ventrículos aumentan y disminuyen
repetitivamente, lo que produce que la sangre fluya
de donde hay mayor presión a donde hay menor presión, es
decir: al inicio de la diástole auricular la sangre fluye de las
venas a las aurículas por la diferencia de presión, posteriormente
conforme se llenan las aurículas la presión aumenta
y la sangre se mueve pasivamente a los ventrículos. Cuando
un potencial de acción generado en el nodo sinoauricular
(marcapaso cardiaco) hace que las aurículas se contraigan (sístole auricular), la sangre es bombeada activamente a
los ventrículos, después el potencial de acción se propaga
al músculo ventricular e inicia la sístole ventricular, la presión
aumenta por encima de la de las arterias pulmonar
y aorta, y la sangre sale hacia la circulación pulmonar o
sistémica.
Efectos de la corriente en la piel
Los efectos de la corriente en la piel se describen en la gráfica de la Figura 5 y una descripción más detallada se proporciona en la Tabla 3.
Efectos de la corriente en la piel
Los efectos de la corriente en la piel se describen en la gráfica de la Figura 5 y una descripción más detallada se proporciona en la Tabla 3.
Figura 5. Dependencia de la alteración de la piel con respecto a la densidad de la corriente y el tiempo.
Figura 5. Dependencia de la alteración de la piel con respecto a la densidad de la corriente y el tiempo.
| Densidad de corriente (mA/mm2) |
Cambios en la piel | Zona |
| <10 | No se observa alteración. Si la corriente dura unos segundos más, la superficie bajo el electrodo, puede tomar un color blanco grisáceo y textura rogosa. | 0 |
| 10 - 20 | Enrojecimiento de la piel con hinchazón | 1 |
| 20 - 50 | Toma un color pardo la superficie debajo del electrodo extendiéndose fuera de éste. Para una duración mayor del flujo de corriente (varias decenas de segundos), se observarán marcas de ampollas alrededor del electrodo. | 2 |
| >50 | Puede ocurrir carbonización de la piel | 3 |
Tabla 3. Cambios en la piel en las zonas de la Figura 5.
Umbral de fibrilación ventricular
Similar al caso de CA, el umbral de fibrilación ventricular para CD depende de las condiciones fisiológicas y los parámetros eléctricos.
De acuerdo con la información de accidentes eléctricos, el peligro de fibrilación ventricular solo se presenta en los casos de corrientes longitudinales. Para el caso de las corrientes transversales, sí se puede presentar fibrilación ventricular siempre y cuando sea con corrientes más elevadas.
Entiéndase por corriente longitudinal y transversal, a la corriente que fluye en sentido longitudinal a través del tronco del cuerpo humano, por ejemplo, entre mano y pies, y entre mano y mano, respectivamente.
La experiencia ha demostrado que el umbral de fibrilación ventricular para una corriente descendente, es aproximadamente dos veces mayor que para una corriente ascendente. Donde las corrientes ascendentes y descendentes son la CD a través del cuerpo humano, donde los pies representan el polo positivo y el polo negativo, respectivamente.
Para una DE con duración superior al periodo de un ciclo cardiaco, el umbral de fibrilación en CD es varias veces mayor que el de CA. Para duraciones de descargas eléctricas inferiores de 200 ms, el umbral de fibrilación es el mismo que en CA expresado en valor eficaz.
Otros efectos de la CD
Arriba de 100 mA, se puede sentir una sensación de calor en las extremidades. En el interior de la zona de contacto, se siente una sensación de dolor en la piel.
Las corrientes transversales iguales o inferiores a 300 mA durante varios minutos pueden provocar arritmias cardiacas reversibles, marcas de corriente, quemaduras, vértigos y, en ciertos casos, inconsciencia. Arriba de 300 mA, con frecuencia se produce inconsciencia.
Las corrientes de más de un ampere, durante varios segundos, es posible que provoquen quemaduras profundas, heridas e incluso la muerte.
Conclusiones
Conclusiones
Las DEs por CA son más peligrosas que las producidas por
CD, ya que requieren menor tiempo para producir los mismos
efectos. Los efectos producidos por las DE dependen principalmente
de la magnitud de la corriente y el tiempo de duración.
Las DE por CA requieren de un menor tiempo para producir
efectos peligrosos, tales como la fibrilación ventricular,
que es la principal causa de muerte por las DEs. Aparte de
requerir menor tiempo para producir los efectos peligrosos,
la CA es la más utilizada por la humanidad, más bien, es la
que se encuentra en la vida diaria de los seres humanos;
cabe aclarar que también la CD tiene una gran aplicación en
todos los equipos empleados por el ser humano, pero ésta
no es tan comúnmente utilizada, ya que se encuentra internamente
haciendo funcionar los circuitos electrónicos en el
interior de todos los equipos y electrodomésticos.
Después de conocer cómo se clasifica una DE para su análisis, cuáles son sus efectos, que éstos dependen de la magnitud de la corriente y del tiempo de su duración en el cuerpo del ser humano; lo siguiente es conocer cuáles son los medios necesarios para prevenirlos y con ello salvar la vida de las personas y los animales. Este tema se desarrollará en la tercera parte de esta serie de artículos.
El INEEL continúa con la divulgación a todas las áreas donde se hace uso de la energía eléctrica para prevenir accidentes que discapacitan y, en la mayoría de los casos, quitan la vida.
Después de conocer cómo se clasifica una DE para su análisis, cuáles son sus efectos, que éstos dependen de la magnitud de la corriente y del tiempo de su duración en el cuerpo del ser humano; lo siguiente es conocer cuáles son los medios necesarios para prevenirlos y con ello salvar la vida de las personas y los animales. Este tema se desarrollará en la tercera parte de esta serie de artículos.
El INEEL continúa con la divulgación a todas las áreas donde se hace uso de la energía eléctrica para prevenir accidentes que discapacitan y, en la mayoría de los casos, quitan la vida.
Autores:
Edgar Pérez Hernández, eperez@ineel.mx
Isaías Ramírez Vázquez, iramirez@ineel.mx
Hebert Godínez Enríquez, hgodinez@ineel.mx
Edgar Pérez Hernández, eperez@ineel.mx
Isaías Ramírez Vázquez, iramirez@ineel.mx
Hebert Godínez Enríquez, hgodinez@ineel.mx