Un interesante pequeño dispositivo llamado mcb interruptor de circuito en miniatura por sus siglas en inglés te protege a ti ya tu hogar de percances eléctricos este interruptor te resguarda de dos situaciones primero de un cortocircuito y segundo de una sobrecarga en el escenario de un cortocircuito el mcb se dispare en menos de 3 milisegundos y aísla las conexiones internas.
Veamos como este dispositivo inteligente detecta el caos de corriente con tanta rapidez y precisión un sencillo dispositivo llamado fusible que tiene un cable de bajo punto de fusión se utilizaba para la protección del hogar en la antigüedad en las dos condiciones de fallo mencionadas anteriormente la corriente llega a un pico lo que provocó un sobrecalentamiento y funde el cable o rompe el circuito sin embargo cada vez que el fusible se fundía había que reemplazarlo manualmente hasta que resolviera se so buena suerte con el apagón.
Esta situación bastante común es la razón por la que se inventaron estos interruptores, el interruptor es un mecanismo automático de encendido apagado que mantiene un lado del cable en movimiento y el otro fijo durante una falla eléctrica si el circuito se abre completamente habríamos terminado con el diseño del mcb una vez finalizada la falla basta con encenderlo manualmente antes de entrar en detalles sobre el diseño del mcb.
Una pequeña nota sobre la dirección de corriente un mcb se active en menos de tres milisegundos que es mucho menos que el periodo de tiempo de medio ciclo de una corriente alterna por esto está bien mostrar el flujo de corriente en una sola dirección a lo largo del análisis.
Ahora la pregunta es ¿Cómo identifica este sistema el inicio de una falla eléctrica? La respuesta ya sea en la existencia de elementos de detección que activan un mecanismo de gatillo primero veamos cómo podemos diseñar un mecanismo de gatillo súper rápido que se abra completamente el mecanismo ingenioso para lograr este objetivo es el siguiente este mecanismo tiene una palanca la que se conecta a un anillo rectangular como se muestra el anillo rectangular está conectado por dos resortes y una palanca central en esta posición ambos resortes están en estado neutro cuando la palanca se mueve hacia arriba el resorte inferior se comprime y el superior se expande las fuerzas de estos dos resortes son luego transferidas a la palanca a través del anillo rectangular y esta fuerza irá en dirección hacia arriba como puedes ver el anillo rectangular primero está desplazado negativamente hacia el centro de la palanca el torque producido por la fuerza que actúa sobre el anillo rectangular irá encendido de las agujas del reloj si sueltas en la palanca en esta posición este torque en sentido de las agujas del reloj hará que la palanca vuelva a su posición inicial.
Sin embargo si empujas la palanca más arriba notas algo peculiar en la distancia de desplazamiento está repentinamente se vuelve positiva lo que significa que luego de un límite crítico el torque de torsión actuará sobre ella en sentido contrario de las agujas del reloj cuando el mcb esté encendido esta será la posición de la palanca la estructura del mcb bloqueara la palanca para que no gire más en el sentido contrario de las agujas del reloj si un activador externo hace girar ligeramente la palanca el torque de giro de la palanca irá de repente en sentido de las agujas del reloj y el circuito se abre rápidamente sin necesidad de una fuerza externa.
La única pregunta es ¿Cómo podemos generar este pequeño activador o movimiento de entrada cuando se produce una falla? La mejor respuesta es con un electroimán esta bobina produce campos magnéticos proporcionales en naturaleza a la corriente que los atraviesa a medida que la corriente aumenta el campo magnético se hace más fuerte a lo largo del vídeo observe que en el caso de un cortocircuito la corriente aumenta hasta mil veces su magnitud en cuestión de milisegundos este resultado generó un muy fuerte campo magnético un cilindro de hierro y un perno se colocan dentro de este electroimán sobre un resorte ligeramente desplazado de su centro el fuerte campo magnético tira del cilindro hacia abajo empujando así el perno este pequeño movimiento del perno es el activador de entrada del mecanismo y conduce a la apertura del circuito.
Como discutimos anteriormente quizá te estés preguntando en un flujo de corriente normal porque este cilindro no está atraído hacia abajo bueno la fuerza en el flujo de corriente normal no es lo suficientemente alta como para superar la tensión del resorte mientras que la corriente de cortocircuito puede llegar a ser de 10 a 100 veces la corriente normal la fuerza es bastante alta por lo que el circuito se activa.
El peligro de una falla aún no ha terminado amigos en cuanto se abren los contactos la corriente simplemente no deja de fluir la corriente de fallo es de gran valor y provoca una descarga al aire es decir la corriente fluirá por el aire es un arco asombroso de ver y a la vez peligroso para extinguir el arco se utilizó un componente llamado corredor de arco o cámara de corte de arco la cámara de corte de arco es una disposición de placas paralelas dispuestas a pequeños intervalos cuando los contactos se separan la fuerte corriente de fallo que fluye como un arco activa un enorme aumento de temperatura que puede causar daños por lo tanto este arco debe ser erradicado la resistencia aumenta con la longitud y disminuye con el área en este caso necesitamos aumentar la resistencia de la corriente que pasa por el aire por lo que la distancia entre los puntos de contacto se mantiene alta luego de la apertura del circuito como el aire está caliente el arco será empujado hacia arriba y el largo se divide en pequeños pedazos reduciendo así su área con la resistencia en aumento el arco se extingue en la corriente cero.
Ahora veamos como el mcb previene el segundo tipo de falla una condición de sobrecarga una sobrecarga ocurre cuando utilizas múltiples artefactos a la vez dado que todos los artefactos en nuestras casas están conectados en paralelo esta situación provocará un aumento de corriente este es otro escenario peligroso que tenemos que prevenir el flujo de corriente durante un cortocircuito aumenta de 10 a 100 veces la corriente continua, pero en caso de sobrecarga solo aumenta de 2 a 5 veces.
Podrías pensar que el uso de un electroimán separado con menor capacidad de funcionamiento podría resolver este problema pero no lo hará veamos por qué el problema de esta nueva bobina para una condición de sobrecarga es que se activará incluso al solo encender otro artefacto eléctrico los tubos fluorescentes por ejemplo llevan una corriente de entrada durante el arranque que se mantiene durante unos 10 milisegundos y luego vuelve a la normalidad por lo tanto utilizar un electroimán de menor potencia hará que el interruptor se activen necesariamente cuando enciendas los artefactos eléctricos.
Una opción perfecta para resolver la condición de sobrecarga es una banda bi metálica este sensor es un poco más lento y compensa las corrientes de entrada ya que sólo se mantiene por 10 milisegundos sin embargo active el mcb cuando la corriente de sobrecarga se mantiene durante 2 segundos o más en una banda bi metálica mientras a la corriente aumenta el calor hace que la banda se doble lentamente este hecho hace que se empuje la palanca en forma de c y por tanto la palanca principal hacia abajo y por tanto se abran los contactos el valor de corriente al que debe funcionar la banda bimetálica puede variar con este tornillo que solo es ajustado por los fabricantes.
