Alumbrado Electromagnetismo

ELECTRNICA INDUSTRIAL

ALUMBRADO ARTIFICIAL Y ELECTROMAGNETISMO

1. LA LUZ

Una de las formas de generar energa radiante, capaz de producir sensaciones visuales por medio de los ojos y el cerebro es, la luz.

Las investigaciones cientficas, han revelado que, la luz, se mueve a travs del espacio bajo forma de ondas electromagnticas, semejantes por su velocidad (300.000 kilmetros por segundo) y su naturaleza a las ondas de radio y otras ondas electromagnticas (figura 1); pero diferentes por su longitud de onda.

90

106

104

102

1

-2

10 RAYOSELECTRICOS -4 6 10 (ONDASDE RADIOYTV)

10- -8

-10 10 LUZ RAYOS

RAYOS INFRAROJOS

-1210 RAYOS ULTRAVIOLETAS

10 GAMMA

RAYOS RAYOS X

CSMICOS

Figura 1 ESPECTRO DE LA RADIACIN ELECTROMAGNTICA

La radiacin de luz es la unin de dos planos superpuestos, que estn desplazados 90 , transmitindose en lnea recta


Las ondas luminosas viajan en lneas rectas, pero pueden ser modificadas (figura 2) por medio de reflexin, refraccin o difusin.

REFLEXIN

REFRACCIN DIFUSIN

Figura 2 MODIFICACIN DEL RAYO DE LUZ

Las ondas luminosas del espectro visible y cualquiera que sea su longitud, viajan con la misma velocidad a travs del espacio, pero en un ambiente transparente los rayos azules viajan ms lentamente que los rayos rojos. Lo que explica el porqu de la descomposicin en sus colores componentes, de un rayo de luz, por la accin de un prisma.

Figura 3 DESCOMPOSICIN DE LA LUZ BLANCA AL CRUZAR UN PRISMA


2. COLOR

El color depende de la longitud de onda de luz. El espectro visible se extiende de 7600 Angstrm (rojo) a 3800 Angstrm (violeta) (figura 5). Entre estos lmites se hallan las longitudes de onda que el ojo distingue.

La temperatura de color es un trmino empleado para describir el color de una fuente de luz por comparacin con el color de un cuerpo negro radiador. Un cuerpo negro cambia de color al cambiar de temperatura, y se expresa esta temperatura en grados Kelvin, una escala de temperatura que tiene su cero a -273 Centgrados.

Por ejemplo; la luz de un tubo fluorescente color "blanco" es similar a la luz de un cuerpo negro a la temperatura de 3500 K., y, por tanto, se dice que el tubo tiene un color de 3500 K. La luz de un tubo fluorescente "luz de da" es ms azulada, y para igualar la temperatura del cuerpo negro tendr que ser ms elevada. El tubo "luz de da" tiene un color de 6500 K.

FUENTE NATURAL GRADOS KELVIN FUENTE ARTIFICIAL

CIELO AZUL

25.000

15.000

.

10.000

8.000

.

CIELO CUBIERTO 6.500 TUBO FLUORESCENTE LUZ DA

SOL DE MEDIODA .

LMPARA PARA FOTOGRAFA (FOCO)

5.000

.

.

.

4.000 LMPARA DE CRISTAL AZUL

3.800 LMPARA DE DESTELLO PARA

. ARCO VOLTAICO.

TUBO FLUORESCENTE BLANCO

SOL UNA HORA DESPUS DE SALIR 3.600

O ANTES DEL OCASO. .

LAMPARA INCANDESCENTE

3.400

.

.

LLAMA DE ACETILENO

SOL MEDIA HORA DESPUS DE 2.400

O ANTES DEL OCASO. .

.

LLAMA DE GAS

2.200

.

SALIDA O PUESTA DEL SOL.

2.000

LLAMA DE BUJA

.

80

Figura 4 TEMPERATURA DEL COLOR


3. CURVA DE SENSIBILIDAD DEL OJO

Los colores del espectro luminoso no llegan con igual intensidad al ojo de los animales que a los seres humanos, refirindonos a las personas, los experimentos demuestran que el brillo de una luz de onda de 5500 Angstrm tiene una percepcin del 100 %, mientras que el color violeta de 4000 Angstrm as como el rojo de 7000 Angstrm su percepcin es nula, el 0 %, con estos datos se ha podido establecer la curva de la figura 5

Figura 5 CURVA DE VISIBILIDAD DE OJO HUMANO

Sin embargo, en las aplicaciones prcticas de alumbrado el efecto psicolgico de la luz de color puede influir en el individuo y en algunas ocasiones ser ms conveniente emplear colores menos pronunciados aunque disminuya la agudeza visual.

4. RAPIDEZ DE PERCEPCIN VISUAL

El ojo no responde instantneamente al estmulo de la luz, y la percepcin visual no es inmediata. Por lo tanto; si se expone el ojo a una fuente de luz que vara rpidamente de intensidad, la persistencia de la percepcin visual en algunos casos impide descubrir la vacilacin; este caso ocurre en el cine y la televisin.


Fluctuaciones ms lentas, sin embargo, puede molestar y fatigar en algunos casos, aun cuando existe una tendencia por parte del observador de acostumbrarse a este fenmeno sin ocasionar dao permanente en los ojos.

La variacin a la frecuencia de 50 ciclos por segundo no la percibe el ojo y en apariencia no produce variacin en la luminosidad en las lmparas incandescentes; pero, en la de descarga gaseosa y los tubos fluorescentes producen cierta vacilacin o parpadeo llamado efecto estroboscpico. Para algunas tareas, con objetos en movimiento, este efecto puede ser molesto y es necesario corregirlo.

Para ver un objeto, hay que producir sobre la retina del ojo una imagen en miniatura con todos los detalles y esto depende al menos de cuatro factores fundamentales:

- El tiempo (tiempo que el ojo est fijo sobre el objeto)

- El tamao (cuanto ms grande, ms fcil de verlo)

- El contraste (diferencia entre el objeto y su entorno)

- El brillo (depende de la luz que incide sobre el objeto)

De todos ellos el brillo es el ms fcilmente controlado por el luminotcnico.

5. FUENTES DE LUZ ARTIFICIAL

La gran lucha del hombre contra los elementos ha sido el poder mantener la luz cuando el sol desaparece en el horizonte.

Para convencernos de esto basta con recordar que a principio del siglo XIX, casi no exista otra fuente de luz artificial que la vela de cera. Castillos, iglesias, palacios y viviendas se alumbraban con velas de cera.

Finalizando el siglo XIX se descubrieron las primeras lmparas incandescentes, en los Estados Unidos de Amrica del Norte, T. Edison, no slo descubri la lmpara sino que tambin tuvo que demostrar, iluminando l mismo una pequea ciudad, que el alumbrado elctrico era mucho mejor que el de los faroles de gas.

Pero en Europa no lleg hasta la exposicin Universal de Pars, hecho que le vali a la Capital de Francia, el sobrenombre de ciudad de la luz, ya que por primera vez se ilumin toda una gran ciudad y sus monumentos con luz elctrica. Ms tarde los movimientos culturales de la poca, extenderan este concepto a lo cultural, lo cual no contradice del primer concepto.


6. LMPARAS DE FILAMENTO INCANDESCENTE

La incandescencia es el fenmeno que se observa al someter un cuerpo al aumento de temperatura hasta el punto que desprenda luz. En esto momento se dice que le cuerpo est incandescente, superado este instante el cuerpo se funde y volatiliza con desprendimiento de llama.

Evitar que el cuerpo se funda y mantenerlo en este instante de incandescencia es lo que descubri Edison. Para ello encerr dentro de una ampolla de vidrio un filamento de carbn y extrajo el aire del interior. Al no existir oxgeno el filamento no se funda, la cantidad de luz emitida por estas lmparas era suficiente para iluminar su entorno, si bien el rendimiento de estas primeras lmparas era bajo.

En 1907 se adopt el filamento de volframio, y al tiempo que se hace el vaco en el interior de la ampolla se introduce un gas noble, que permite una corriente refrigerante que enfran el filamento, alargando su vida y permitiendo temperaturas que sobrepasan los 3.000 C

7. PARTICULARIDADES DE LA LMPARA INCANDESCENTE

La vida media de la lmpara incandescente es de

1.000 horas de funcionamiento.

Figura 6 COMPONENTES DE LA LMPARA INCANDESCENTE


Las partes principales de una lmpara pueden verse en la figura 6 en la que:

1. - Gas para evitar la evaporacin del filamento

2. - Soportes del filamento

3. - Hilos de conexin del filamento con el casquillo

4. - Botn de vidrio que sirve de base a los soportes

5. - Base de vidrio por la que se introduce las conexiones

6. - Fusible, dentro de la base de vidrio

7. - Tubo de evacuacin del aire d Cuarzo yodo sin patillas durante la fabricacin

8. - Ampolla

9. - Casquillo

8. FORMAS DE LA AMPOLLA

La figura 7 muestra grficamente las formas ms usuales de lmparas incandescentes, cuya denominacin es la siguiente:

1 Estndar 2 Hongo 3 Con reflector dicroico 4 Seta 5 Espejada 6 Globo

de cuarzo yodo (Cebolla)

7 Esfrica 8 9 Tubular 10 Tubo 11 12 Vela 13 Vela 14 Cnica

Pebetero Cuadrada rizada

15 Linterna 16 De gota 17 Piloto 18 19 Sofito 20 Softone 21 Softone 22

de lente Micro lmpara dos un casquillo Portalmpar

-sin casquillo- casquillos central a Softone

23 Lmpara lineal 25 Lmpara lineal cuarzo 24 Lmpara lineal cuarzo yodo con latiguillos

cuarzo yodo larga yodo corta

26 Lmpara cuarzo 27 Cuarzo 28 bi-pin

iodo con reflector iodo sin

patillas

dicroico

29 Cuarzo yodo 30 Cuarzo yodo 31 Par de vidrio 32 Cnica de

intercambiable intercambiable prensado bajo voltaje

tubular


Figura 7 DISTINTAS FORMAS DE LA AMPOLLA


9. ACABADOS

Las ampollas se fabrican con distintos acabados, segn convenga para obtener un determinado efecto luminoso.

Hoy da entre formas, acabados, potencias y voltajes existen en el mercado ms de 40.000 tipos distintos de lmparas.

Los principales acabados son:

1. - Clara o Standard

2. - Con casquete plateado

3. - Coloreado superficial

4. - Coloreado natural o azules

5. - Mate interior

6. - Con reflector incorporado

7. - De vidrio prensado

- con haz de luz concentrado

- con haz de luz abierto

1 2 3 4 5 6 7 concentra 7 abierto

Figura 8 ACABADOS DE LMPARAS


10. CASQUILLOS

En un principio y hasta no hace muchos aos, tan slo existan dos grupos, los de rosca y los de bayoneta; los de bayonetas se aplican a todos los lugares sometido a vibracin que puede hacer, que por el efecto del movimiento, se desenrosque la lmpara. En los dems casos se emplean los de rosca, de este ltimo slo existan tres medidas:

E. - el de rosca Edison

que era el ms comn, por encima de este haba un tipo mayor

G. - con rosca Goliat,

para lmparas de 300 vatios o de consumo superior

M. - rosca min (mignon).

el de menor tamao, que se empleaba en lmparas en forma de vela

E M G

Figura 9 CASQUILLOS

La gama actual de casquillos es enorme, sobrepasando el centenar. Dividindolo por grupos existen:

Casquillos roscados: Slo indican tres:

- los de las lmparas de vela E-14, denominados anteriormente min.

- el casquillo E-27, antes de rosca Edison.

- y el casquillo E-40, que antes se llamaba Goliat.

Existiendo un total de nueve medidas distintas del dimetro de rosca.


Casquillos de bayoneta: El similar a la:

- rosca E-14 es la bayoneta B-15

la forma ms corriente de la ampolla de este casquillo es la de vela pero no la nica.

- rosca E-27 es la bayoneta B-22

llamada tambin forma estndar por ser la ms comn de todas las lmparas que hay en el

mercado - rosca E-40 es la bayoneta BA-42

para lmpara de ms de 300 vatios de consumo

Casquillos de bayoneta para automviles:

De uno y dos filamentos, con prefocus o simples, de dos y tambin con tres tetones, se suele encontrar en el mercado por lote de recambio en cajas adecuadas (figura 10)

Figura 10 LMPARAS DE AUTOMVIL

Casquillos con terminales de cable,

de espigas,

y sin casquillos,

son todas ellas lmparas especiales que slo son aplicables a un slo tipo de mquina y que se fabrican exclusivamente para ella, incluso dndose a veces, el caso que tan slo la construye un slo fabricante.


Figura 11 LMPARAS SIN CASQUILLOS

13. TUBO FLUORESCENTE.

Presentado en la Feria de Nueva York de 1939 no se introdujeron en Europa hasta 1945, ya terminada la II Guerra Mundial.

La figura 16 muestra qu es un montaje de lmpara fluorescente. En lneas generales, consta de un tubo de vidrio de calidad especial hermticamente cerrado, en el que previamente se ha hecho el vaco, sin el cual no puede funcionar la lmpara.

Figura 16 TUBO FLUORESCENTE


Cada extremo del tubo lleva montado un filamento. La pared interior del tubo va revestida con una capa de un compuesto qumico fluorescente. En el interior del tubo se introduce cierta cantidad de gas argn y una pequea cantidad de mercurio.

Los dos filamentos, colocados en ambos extremos del tubo, estn recubierto de una substancia que por la accin del calor, emiten con facilidad electrones. Delante del filamento se coloca una pantalla, conectada elctricamente con el filamento: esto hace que, un filamento acte como un ctodo; y el otro, como un nodo; los electrones que son desprendidos del ctodo, son atrados por el nodo produciendo un arco elctrico. Este arco, se ve favorecido por la presencia del gas argn; la descarga inicial, se produce gracia a la presencia de este gas. Esta primera descarga, produce el calor suficiente para vaporizar rpidamente el mercurio; lo que sirve para mantener el arco; al mismo tiempo, el vapor de mercurio, por el choque de los electrones, se vuelve luminiscente.

14. COLOR DE EMISIN DE LUZ DE LOS TUBOS FLUORESCENTES

La descarga elctrica produce principalmente rayos ultravioletas y algo de radiaciones visibles verdes y azules. La misin del compuesto qumico con que se recubren las paredes del tubo es la de absorber la radiacin que se produce por la evaporacin del mercurio y convertirla en luz. Gracias a las mezclas de polvos de fsforos, se obtiene el matiz deseado.

Los colores comerciales ms comunes son:

- Blanco clido - Luz da (el ms utilizado)

Sin que estos sean los nicos colores que se utilizan para iluminacin, pues tambin se usa, el:

- Blanco de lujo - Blanco clido de lujo - Luz diurna fra

Tambin se fabrican para obtener efectos decorativos como son:

- Rojo - Verde - Rosa - Azul - Oro - Amarillo

1

2

Figura 17 TUBO FLUORESCENTE 1 NORMAL DE 26 MM, 2 DE 18 MM


15. APLICACIONES ESPECIALES DE LOS TUBOS FLUORESCENTES

Aparte de los indicados existe una gran variedad de fluorescentes, para usos especiales, destinadas no a producir colores; para decoracin, o para la iluminacin; si no, para producir radiaciones, con el objeto de aplicar esta propiedad en efectos tales como:

- el crecimiento de las plantas, especialmente para plantas de acuario; son los

- Tubos Gro-lux

Los

- Tubos de luz negra

- para producir radiaciones ultravioleta, con vidrio color azul oscuro, dando efectos luminiscentes de aplicacin en discotecas, anlisis y deteccin, industria azucarera textiles y alimentacin, filatelia, mineraloga, banca, criminologa y medicina.

Figura 18 TUBO LUZ NEGRA

Figura 19 BILLETE ILUMINADO CON LUZ ULTRAVIOLETA


Las

- Lmparas germicidas

- para la destruccin de bacterias y mohos, empleada en el conducto del aire acondicionado; se hace de forma que sus rayos no puedan ser emitidos al exterior, ya que una exposicin prolongada puede ser perjudicial y producir conjuntivitis o eritemas en la piel. Se utiliza mucho en hospitales, cmaras frigorficas, almacenes de queso, industria farmacuticas, lecheras, destileras de cerveza y centros de investigaciones bacteriolgicas.

Tambin se fabrican lmparas fluorescentes sin filamento de caldeo, llamadas de "ctodo fro" tienen un slo tetn por extremo del tubo en lugar de los dos que tienen los tubos de ctodo caliente (figura 20).

Figura 20 TUBO DE CTODO FRO

Otras terminaciones son los tubos circulares y los de forma de U

Figura 21 DIVERSAS FORMAS DE TUBOS FLUORESCENTES


16. REACTANCIA PARA TUBO FLUORESCENTE

No es ms que un carrete de hilo de cobre, o aluminio, devanado sobre un ncleo de hierro, de construccin en forma particular. La finalidad de la reactancia es triple.

-Primero calienta los electrodos de la lmpara hasta que pueda iniciarse la emisin de electrones.

-Segundo proporcionar una tensin suficientemente alta para que se produzca el arco entre los electrodos.

-Tercero estabilizar la corriente y potencia de la lmpara a los valores previstos por el fabricante.

NOTA: De aqu que en los tubos fluorescentes no se especifique la tensin de trabajo, es la reactancia la que se fabrica de distintos voltajes de red, sirviendo el tubo lo mismo para un voltaje de lnea que para otro, ya que es la reactancia, la que regula la tensin de trabajo del tubo fluorescente.

Figura 22 DIVERSOS ASPECTOS DE REACTANCIAS

17. CEBADOR

Su misin es producir el "arranque" del primer arco dentro del tubo, el cual se origina por la combinacin del efecto que se produce en la reactancia cuando el cebador interrumpe bruscamente el paso de la corriente por los filamentos de caldeo. (En la figura 16 se ve como, el cebador est conectado en serie con los dos filamentos)

Figura 23 CEBADORES


Al interrumpirse el paso de la corriente a travs del cebador, la tensin entre los extremos del tubo se eleva, gracias al efecto de la reactancia, y salta el arco entre ambos electrodos. Inmediatamente que se enciende la reactancia disminuye la tensin del tubo un 50 %, y el cebador deja de actuar, quedando fuera de servicio. Para comprobar esto basta con aflojar el cebador de modo que dejado fuera del circuito, el tubo continuar funcionando sin variacin; pero, si se apaga no volver a encender hasta que no coloquemos de nuevo el cebador.

18. PARTICULARIDADES FSICAS DE LOS TUBOS FLUORESCENTES

La vida media de un tubo fluorescente, es doble de la lmpara incandescente, es decir:

2.000 horas de funcionamiento,

pero, esta se acorta notablemente cuando los apagados y encendidos son muy frecuentes. Si un tubo fluorescente se conecta con un dispositivo intermitente de apagado y encendido continuo el tubo de funde en muy pocos minutos.

La temperatura exterior les afecta, por lo que no se aconseja su uso en alumbrado pblico

19. LMPARAS AHORRADORAS DE ENERGA

En la actualidad se fabrican tubos fluorescentes de pequeo consumo, en forma de lmpara, en los que la reactancia y el cebador estn integrados dentro del conjunto y dispone de una rosca E-27 y an E-14; con lo que nada ms que hace falta enroscarla en el portalmpara en sustitucin de la lmpara incandescente. La cantidad de luz de un tubo fluorescente de 7 W es similar al de una lmpara de 60 W, y su vida media es mayor ; de aqu, el nombre que se les han dado a este tipo de lampara. La forma comercial puede ser cualquiera de las representadas en al figura 25.

OSRAM

d

75 W 15 W100 W 20 W120 W 23 W

Figura 24 COMPARACIN DEL GASTO CON LA CANTIDAD DE LUZ


Figura 25 LMPARAS AHORRADORAS DE ENERGA

En la actualidad la electrnica se ha aplicado al encendido de los tubos fluorescentes siendo posibles algo que antes no se poda, como conectar los tubos a la corriente continua, incluso a pequeas tensiones. La reactancia ya no existe en las lmparas de ahorro de energa. La electrnica tambin se aplica para disminuir la cantidad de iluminacin mediante reguladores. Este tipo de reactancias (llamadas balastros), se muestran en la figura 26, suelen ser mucho ms largas que las reactancias normales y el peso casi insignificante sorprenden, pues se ha eliminado el hierro.

Figura 26 DIVERSAS REACTANCIAS ELECTRNICA PARA TUBOS FLUORESCENTES


Esquemas de conexionado: En todas las reactancias sea convencional o electrnica viene pintado el esquema de conexin. En la figura 26, se ven estos esquemas algo confuso y en la figura 27, puede observarse incluso reactancias para ms de un tubo a la vez.

27. DIVERSOS ESQUEMAS DE TUBOS FLUORESCENTES

20. LMPARAS DE DESCARGA

En la lmpara de incandescencia se originan unas prdidas de energa de un 90 % aproximadamente, aprovechndose en luz nicamente el resto. Esto es debido a la radiacin por temperatura, base de estas lmparas; se obtiene espectro continuos, con radiaciones que no son tiles a la visin.


Constan de un quemador, en forma alargada, rellena de gases elctricamente neutros, como el argn, nen, xenn y el nitrgeno, dentro del cual se produce, al aplicarle la tensin adecuada, una ionizacin de la mezcla gaseosa, vaporizndose el mercurio y dando inicio a la descarga elctrica entre ctodos. Esta descarga en forma de arco, produce luz de una intensidad mucho mayor que la incandescencia.

Todo el proceso de arranque, tambin llamado cebado de la lmpara o encendido, suele durar de tres a cinco minutos, alcanzando su funcionamiento estable entre 5 y 6 minutos.

El quemador est encerrado dentro de una ampolla de cristal transparente, o tratado interiormente con materias fluorescentes, los extremos del quemador unidos con lminas de molibdeno, al casquillo de rosca E-27 o bien E-40, facilita el recambio.

Las lmparas de descarga al no tener filamentos no se funden, tan slo se agotan, siendo la vida til de estas es de

6.000 horas de funcionamiento.

Y la relacin, vatios consumido -luz radiada, mucho mayor que la de las lmparas de filamento. No obstante la enorme ventaja que proporcionan esta lmpara, sin embargo, no est hecha para sustituir a las lmparas incandescentes que siguen teniendo su campo de aplicacin propio. Las lmparas de descarga estn diseadas para alumbrado de grandes espacios abiertos, especialmente para alumbrado de carreteras, jardines, aparcamientos.

21. LMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO (VM)

Existen tres tipos: las estndar, la de color corregido y las reflectoras.

El quemador al iniciar el encendido, hace aumentar la tensin entre los bornes de la lmpara, por la accin de la descarga y el aumento de la temperatura. Esta tensin podra aumentar de forma indefinida la cantidad de corriente, que conducira casi de inmediato a la destruccin de la lmpara. Para impedir este inconveniente se coloca, en serie con la lmpara, una reactancia del valor adecuado a la potencia de cada lmpara. El uso de reactancia obliga a su vez, a utilizar condensadores correctores del factor de potencia, adecuado a cada tipo de lmpara.


LMPARA VM ESTNDAR

La emisin del quemador de vapor de mercurio emite una considerable cantidad de ultravioleta, recubriendo la ampolla con fsforo, se consigue convertir en luz visible el arco del quemador. Sin embargo, el color resultante deja mucho que desear, por lo que, se limita el uso de estas lmparas a grandes espacios en los que no es preciso un alto nivel cromtico

LMPARA VM CC

Recubriendo el interior de la ampolla con materias fluorescentes, como el fluorogermanato de magnesio se convierte la luz ultravioleta en luz visible muy agradable, de color permanentemente blanco y de gran eficacia para la visin, aunque el rendimiento luminoso sea un 2'5 % menor. Estas lmparas reciben el nombre de vapor de mercurio de color corregido (VM CC)

Figura 28 LMPARA DE VAPOR DE MERCURIO Y REACTANCIA

LMPARA VM reflectora

Diseadas para proyectar direccionalmente la luz a lugares concretos, presentan forma de hongo (figura 29), su construccin y funcionamiento es igual a las de VM, con la diferencia del cristal, transparente en la parte frontal o mate, para difuminar la luz; la parte trasera es un reflector de capas de dixido de titanio, sobre la que se deposita sustancias fluorescentes que aumentan el rendimiento lumnico a 4.000 K.

La vida media de estas lmparas es superior a sus homlogas de vapor de mercurio, llegando a las 9.000 horas de funcionamiento.


Se fabrican todas con casquillo E-40.

d

Figura 29 LMPARA DE VM CON REFLECTOR

Potencia en lmparas de VM

Estndar

E-27: 50, 80 y 125 W

Condensador: 7, 8 y 10 F

E-40: 250, 400, 700 y 1.000 W

Condensador: 18, 25, 40 y 60 F

Color corregido

E-27: 50, 80 y 125 W

Condensador: 7, 8 y 10 F

E-40: 250 y 400 W

Condensador: 18 y 25, F

Con reflector

E-40: 250, 400, 700 y 1.000 W

Condensador: 18, 25, 40 y 60 F


Reactancia en lmparas de descarga

Todas las lmparas de Vapor de Mercurio y Vapor de Sodio, necesitan un equipo auxiliar para limitar la corriente que circula por el circuito, siendo las caractersticas de esta reactancia adecuadas a la lmpara.

Por otro lado como son lmparas de alumbrado pblico la reactancia han de ir protegidas contra los agentes atmosfricos como la lluvia, la nieve o el sol, y contra golpes.

En la figura 28 se aprecia la forma fsica que presenta este tipo de reactancias.

22. LMPARA DE VAPOR DE SODIO

Existen dos tipos las de baja presin y las de alta presin

Lmpara de vapor de sodio de baja presin

Consta de un tubo doblado en forma de horquilla, que lleva una serie de resaltes o cavidades, dispuestas a todo lo largo del tubo, para que en ellas de deposite, una vez enfriado el gas, en estas cavidades; que son las partes ms fras del tubo. De esta forma, el material est listo para una nueva ionizacin al reencender la lmpara.

El tubo se llena de una mezcla de nen y argn, adems de una pequea cantidad de sodio. En los finales del tubo, como sta es una lmpara de ctodo caliente, se insertan unos ctodos caliente, se insertas unos electrodos de triple espiral de tungsteno, con intersticios rellenos de un emisor de electrones, como el xido de torio.

En la figura 30 puede verse el tubo interior en forma de horquilla con sus protuberancias de distribucin de sodio.

Figura 30 LMPARA DE VAPOR DE SODIO DE BAJA PRESIN


Para el arranque de la lmpara se precisa una tensin elevada, entre los 350 y 400 V, de forma que hace falta un transformador en la alimentacin. Este tipo de transformador recibe el nombre de reactancias de fugas, ya que una vez encendido acta como una reactancia que controla la corriente del arco.

Durante el proceso de arranque, el nen y el argn reaccionan y comienza el encendido con un tono de luz rojizo, luego el gas de sodio entra en resonancia y se inicia un cambio de color, al naranja que poco a poco pasa a ser el color dominente, todo el proceso suele durar unos diez minutos, dependiendo de la temperatura ambiente

Finalmente cuando la lmpara se encuentra la 100 % de su rendimiento, la luz desprendida tiene un color amarillo -naranja, que es precisamente el color que mejor distingue el ojo humano, por lo que la visin de lo que los volmenes que estn iluminados con este tipo de luz se distinguen mucho mejor que si estuvieran iluminados con luz blanca. Aunque bajo esta luz no se aprecia las diferencias de colores, las masas y volmenes si aparecen con ms nitidez, aunque se puedan confundir los colores.

El rendimiento luminoso es similar al de tres lmparas de vapor de mercurio de la misma potencia, o al de quince lmparas incandescentes de los mismos vatios.

Se usan casi exclusivamente en cruces de carreteras, autopistas, tneles, puertos, muelles, almacenes al aire libre, balizamiento de aeropuertos, canteras y minas, donde los colores no revisten mayor importancia, pero s los detalles.

La potencia que consumen es relativamente baja, sin embargo, las dimensiones de la lmpara son bastante importantes segn puede verse en el cuadro resumen siguiente

Potencia Flujo Dimetro Longitud

W luminoso mm mm

18 1.800 53 216

35 4.800 52 310

55 8.000 52 425

90 13.500 66 528

135 22.500 66 775

180 33.000 66 1.120


La ventaja ms destacada de estas lmparas es su elevadsimo rendimiento, flujo luminoso del 95 % durante toda su vida til es la solucin ms ventajosa al alumbrado pblico. Son lmparas que tienen posicin de uso, es decir, no funcionan en cualquier postura.

Lampara de vapor de sodio de alta presin

Utilizan un quemador de cermica traslcida, en lugar de vidrio, en los extremos del tubo cermico se sitan los electrodos y una mezcla de mercurio y sodio, mientras en el interior del quemador est compuesta de xenn a una presin de 20 atmsferas, dentro del quemador se desarrollan temperaturas de 1.300 C.

El sistema de encendido es an ms complejo, precisa de una reactancia y un ignitor, que proporciona pulsos de aproximadamente 4.000 V. para iniciar el arco en el xenn, que desencadene la evaporacin del mercurio y el sodio. Este perodo de arranque dura entre tres y cuatro minutos.

La produccin de luz est prcticamente desprovista de rayos ultravioletas, proporcionando luz prcticamente blanca de gran calidad y de alto rendimiento, de todas las del marcado es la que ms cantidad de luz proporciona en relacin con el consumo 130 lmenes por vatio, y una temperatura del color de 2.500 K.

Se fabrica en formato tubular y elipsoidal, aunque presenta un inconveniente muy importante: El ignitor no puede ser colocado a ms de 50 cm de la lmpara.

Figura 31 LMPARA DE VAPOR DE SODIO


23. LMPARA DE LUZ MIXTA

Consisten en un tubo de descarga en mercurio, hecho de cuarzo, conectado en serie con un filamento de tungsteno. Este filamento funciona como fuente de luz incandescente y al mismo tiempo, como reactancia para el tubo de descarga en mercurio ya que limita la corriente de la lmpara. La ampolla exterior de la lmpara tiene una capa interior correctora, que mejora la reproduccin de la luz de ambas fuentes siendo el resultado una luz difusa, pocos minutos despus de encendida la lmpara, las dos fuentes alcanzan su rendimiento ptimo.

No necesitan reactancia, por lo que son un recurso excelente para mejorar el alumbrado incandescente ya existente sin necesidad de adquirir reactancia ni montar nuevas armaduras. Se fabrican en tres vatiajes distintos 160, 250 y 500 vatios siendo la menor de las tras la nica que tiene posicin de funcionamiento, las otras dos funciona en cualquier posicin.

Figura 32 LMPARA DE LUZ MIXTA

24. LMPARAS DE DESCARGA DE HALOGENUROS METLICOS

Se basan en la tecnologa de del vapor de mercurio, con adiccin de otros elementos en minsculas cantidades, especialmente el talio, indio, iridio y escandio, adems de los metales como el mercurio y el sodio.

La construccin de estas lmparas es muy variada, con una mltiple variedad de formas, que las hacen acoplable a casi todo tipo de luminaria.


La forma ms comn es la de ampolla tipo bi-pin (figura 33), tambin se fabrica en ampolla oval, lo que hace que se puedan utilizar en sustitucin de las lmparas de vapor de mercurio, siempre que se sustituya el equipo de arranque y la alimentacin. La forma tubular es la que se utiliza para sustituir a las lmparas de vapor de sodio de alta presin.

Figura 33 LMPARAS DE HALOGENUROS METLICOS

25. LMPARAS DE DESCARGA DE XENN

Se emplean principalmente en proyectores de muy alta potencia como aparatos de discotecas, proyectores tipo antiareos y proyectores de iluminacin espectacular, como inauguraciones y fiestas.

Produce un arco corto, es una lmpara de descarga de alta presin, lo cual proporciona un alto flujo luminoso que va desde los ultravioletas al infrarrojo, con un has de luz similar a del sol.

Son lmparas fabricadas totalmente de cuarzo, que han de soportar importantes temperaturas de trabajo, adems de fuertes presiones internas, incluso en reposo.

Tiene forma lineal, con electrodos diametralmente opuestos (figura 34). Un ctodo pequeo y un nodo grande. Estas lmparas operan con un complejo sistema de alimentacin y arranque, siendo alimentadas con corriente continua a voltajes de 15 y 30 V. alcanzando la corriente los 160 A.


Son elementos de muy alto costo, una de estas lmparas pueden tener el mismo precio que un coche pequeo, y el peso del alimentador es tanto que necesita una remolque para transportarlo.

Figura 34 LMPARA DE ZENN

26. NUEVAS TCNICAS EN LA FABRICACIN DE LMPARAS

A partir de 1960 y por encargo del Ejrcito de los Estados Unidos se inicia la construccin de lmparas de cuarzo con gas xenn, capaces de llegar a los 35.000 vatios de consumo, para iluminar las pistas y torres de lanzamientos de cohetes especiales, y que se emplearon ya en los proyectos Apolo y Venus.

En 1963 se llegan a conseguir lmparas de mercurio de 100.000 vatios, utilizada para acelerar los cambios qumicos.

Paralelamente a estos logros; en los tubos fluorescentes, se sigue investigando con el fin de aumentar el rendimiento lumnico y prolongar la vida media de los tubos fluorescentes. En este sentido se ha llegado a una temperatura de color de 5.500 grados Kelvin, exactamente igual a la luz natural, pero tal vez, la caracterstica ms impresionante es la duracin que llega a un mnimo de 33.000 horas de funcionamiento, casi cuatro aos de funcionamiento permanente. Esto ha sido posible gracias a la utilizacin del volframio puro, el gas Kriptn y cinco tipos de fsforos, cuya combinacin reproduce un espectro equilibrado de los colores del arco iris.

Todo lo anterior se consigue por el inters de la NASA en reproducir, dentro de las cpsulas espaciales, la luz artificial ms parecida a la luz natural en beneficio de los astronautas y productos transportados, como plantas y animales. La iluminacin no solo ha de alumbrar sino que la fluorescencia ha de ser capaz de que se realice la fotosntesis en las plantas y las reacciones hormonales en los seres vivos, tan necesarias en la reproduccin y en la fijacin de las vitaminas A y D.


La aplicacin de estas tcnicas de construccin al resto de las lmparas tambin prolonga la vida media de estas; as, se consiguen lmparas incandescentes de 12.000 horas de funcionamiento y en lmparas de descarga se ha llegado a las 27.000 horas de vida media. Otra ventaja fundamental que aportan estas nuevas tcnicas de fabricacin, es el mantenimiento del flujo luminoso. En las lmparas convencionales, a mitad de su vida, la cada del flujo es del orden del 50 %; en estas nuevas lmparas al 90 % de su vida til, el rendimiento luminoso tan solo decae un 20 %.

Naturalmente todas estas ventajas repercuten en el precio del producto elaborado, por lo que estas lmparas se venden con una garanta de horas de uso, para ello el fabricante incorpora un cdigo impreso que controla la vida de la lmpara.

Caractersticas de las nuevas lmparas de iluminacin

Su gran rendimiento: Su definicin espectral con una temperatura de color de 5.500 grados Kelvin, le hace lo ms parecida a la luz natural, por lo que se ven los colores tal como son y sin distorsin, por lo que se consigue un total descanso visual en las personas que permaneces muchas horas expuestas a la luz artificial.

Consecuentemente se ve mejor con menos cantidad de luz, pudindose reducir el nmero de puntos de luz.

Otras ventajas:

! Salud en las personas y en los animales.

Descanso visual.

Mejora el estado de nimo y el bienestar visual. Fijacin del calcio y de las vitaminas A y D.

Funcionamiento hormonal.

! Sobre las plantas.

Fotosntesis.

Acelera la germinacin y asentamiento de las races, prolongan la vida. Resalta la variedad de los colores.


! Sobre las cosas.

No produce brillos ni reflejos. No distorsiona los colores.

27. ELECTROMAGNETISMO

En las mquinas elctricas, y los conductores de corriente, se presentan fenmenos magnticos cuyo conocimiento es imprescindible conocer, debido, a la gran importancia que representan estos fenmenos en la generacin de corriente, su transporte y la utilizacin.

Los fenmenos magnticos pueden ser de dos clases:

Originados por los imanes; cuyo estudio es el objeto del Magnetismo.

Los debido a la corriente elctrica, de cuyo estudio se ocupa el Electromagnetismo.

28. MAGNETISMO

Imn es todo cuerpo capaz de atraer al hierro y sus derivados.

Los imanes pueden ser naturales y artificiales.

Imn natural es el que posee la propiedad, sin que en ello intervenga ningn proceso industrial. El mineral que posee la propiedad de atraer al hierro se denomina magnetita o piedra imn.

Imn artificial es una pieza de hierro, o acero, de muy diversas formas, que han adquirido por algn proceso industrial, la propiedad magntica; aunque sea por simple influencia.

Lo imanes artificiales pueden ser temporales o permanentes.

Imanes temporales.- Son aquellos que slo manifiestan la propiedad magntica mientras exista una causa que lo origine; al cesar la causa imanadora deja de comportarse como tal imn. Los imanes temporales son todos de hierro.


Imanes permanentes.- Reciben esta denominacin aquellos que, cuando deja de actuar la causa inductora, continan manteniendo las propiedades magnticas. Para construir imanes permanentes es necesario utilizar el acero templado.

N

NO NE

OE

SO S

SE

Figura 35 BRJULA Y BOCINA: IMN PERMANENTE Y TEMPORAL

29. CAMPO MAGNTICO.

Si se coloca sobre un imn permanente, una cartulina; y sobre ella esparcen limaduras de hierro. Las partculas de hierro se alinean en infinidad de lneas que tienden a establecer un sin fin de puentes entre el polo norte y el polo sur del imn. La forma caracterstica que presentan las limaduras de hierro ser similar a la del dibujo de la figura 36, a este peculiar aspecto se le denomina espectro magntico.

El campo magntico llega hasta donde se manifiesten estos efectos.

La distancia equidistante entre ambos extremos del imn, donde se aprecia una accin nula de los efectos de este, se denomina eje del imn.

Figura 36 CIRCUITO MAGNTICO DE UN IMN DE HERRADURA


Si se cuelga de un hilo fino, de seda o algodn, a un imn por su eje, el imn se gira orientndose siempre en una misma direccin. Se puede sealar la punta que siempre se orienta hacia el Norte Geogrfico de rojo y se llama Polo Norte del imn, mientras que la otra punta se pinta de blanco y se la denominar Polo Sur del imn.

N

Figura 37 AGUJA MAGNTICA

30. ACCIN MUTUA DE LOS IMANES

Entre dos imanes, cuyas polaridades hayan sido previamente determinadas, se pueden observar los siguientes comportamientos:

1. Dos polos del mismo nombre se repelen entre s

N S S N

S N N S


2. Los polos de nombres contrarios se atraen entre s

N S N S

3. Dos imanes unidos, uno a continuacin de otro, se comportan como si fuera uno solo.

N S

4. Al cortar un imn por su eje central, no se obtiene dos polos aislados; pues, se forman dos imanes. Los polos de un imn son indivisibles.

31. SENTIDO DE LAS LNEAS DE FUERZA

El estudio del magnetismo es muy difcil, ya que, solamente es posible hacerlo a base de observar los efectos producidos. Para facilitar el estudio, se supone tericamente que de uno a otro polo del imn se extienden las llamadas lneas de fuerza.

Por conveniencia, se ha venido a establecer que las lneas de fuerza del campo magntico creado por un imn, salen del polo Norte y despus de un recorrido por el especio exterior, vuelven a entrar en el imn por su polo Sur, y que por el interior del imn lo hace de Sur a Norte (figura 41).

S N S

Figura 41 CIRCUITO MAGNTICO

Al recorrido de las lneas de fuerza se le denomina circuito magntico.


32. ELECTROMAGNETISMO PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE

Si una bobina es recorrida por una corriente, a su alrededor se crea un campo magntico, similar al de un imn. Esto es fcil de comprobar; simplemente con repetir el experimento de echar limaduras sobre una cartulina colocada inmediatamente encima de una bobina: Si la bobina est desconectada, en las limaduras de hierro no se aprecia variacin, se quedan tal como cayeron; tan pronto como se somete a tensin la bobina, las limaduras sobre la cartulina forman de inmediato la misma forma que la del imn permanente (figura 42). Cuando de desconecta la bobina, las limaduras de hierro se quedan tan como estn, pero ahora pueden ser movidas al menor esfuerzo, no volviendo a alinearse hasta que no se conecte de nuevo la bobina.

Figura 42 ESPECTRO MAGNTICO

Es decir: una bobina recorrida por una corriente se comporta como un imn, la accin de este imn aumenta cuando en el interior de la bobina se introduce un ncleo de hierro (figura 43).

Figura 43 EL NCLEO DE HIERRO AUMENTA LA FUERZA DEL CAMPO MAGNTICO


Las bobinas con ncleo de hierro se denominan electroimanes (figura 44). Los electroimanes son imanes artificiales que tan slo produce efectos magnticos cuando por su bobina circula corriente, cuando cesa la corriente cesan los efectos magnticos.

Figura 44 ELECTROIMN

33. ESPIRA

Si se dobla un conductor recorrido por una corriente para formar una curva, obtenindose lo que se llama una espira (figura 45), que puede ser circular, o, cuadrada.

Figura 45 ESPIRA CIRCULAR Y DE CUADRO


El sistema punto-aspa, de la figura 46, se utiliza para indica el sentido de la corriente en la espira. Una corriente que va del observador al plano de la figura se representa por un aspa. El sentido contrario, por un punto.

s N

Figura 46 SENTIDO DE LA CORRIENTE Y DEL EFECTO ELECTROMAGNTICO

Tambin se ha de suponer que la corriente avanza en la espira como lo hara un sacacorchos, coincidiendo el giro del sacacorchos con las lneas de fuerza del campo magntico que se forma al paso de la corriente En la figura 46 aparece indicado con flechas el sentido de las lneas de fuerza. Por tanto, a la derecha del dibujo se encuentra el polo norte del imn formado por la corriente continua que atraviesa los conductores

En la espira, toda las lneas del campo magntico que penetran por la misma cara de la superficie, aparecen como magnetizada con polaridad S de un imn; atrayendo a un polo N. La otra cara aparece como magnetizada con polaridad N, y repele a un polo N. Por esto, a la primera de las caras de le denomina cara sur de la espira, y a la segunda cara norte.

Si se tiene en cuenta el sentido de la circulacin de la corriente en la espira, se puede determinar la polaridad de sus caras mediante la regla siguiente:

Figura 47 REGLA PARA DETERMINAR LA POLARIDAD EN LA ESPIRA


Se mira de frente a la espira (figura 47) y se indica por flechas el sentido de la corriente. Uniendo extremidades posteriores de las flechas se escribe la letra N y S. Las letras que coincidan en direccin con la flecha indicadora de la corriente en la espira nos dar la polaridad de la cara.

34. SOLENOIDE

Varias espiras unidas, constituyen lo que se llama un solenoide. Se construye ste, devanando sobre una carcasa de cartn, un hilo conductor aislado (figura 48).

Figura 48 SOLENOIDE, CARRETE, O, BOBINA

El devanado, compuesto por un nmero de espiras determinado, se denomina bobina o carrete. Si la bobina est compuesta por espiras rectangulares y en pequeo nmero se denomina cuadro.

Un solenoide, por cuyo devanado circula una corriente, equivale a un imn con sus dos polos. Los fenmenos de atraccin y de repulsin, se manifiestan cada vez que se hace circular una corriente por sus espiras.

Si N es el nmero de espiras del solenoide, e I es la corriente en amperios que circula por sus espiras, al producto N.I se denomina amperios vueltas.

Amperios vueltas = N . I


35. ELECTROIMN

Un electroimn es un solenoide devanado sobre un ncleo magntico. El ncleo se imana por induccin. El conductor que se devana, va aislado con esmalte especial; a fin de disminuir el grueso del aislante. Entre la carcasa de hierro y el conductor, se interpone una carcasa aislante (Cartn o PVC.), En la que, despus de devanado el conductor, se introduce el ncleo.

Si el ncleo fuese de acero templado, al cesar la corriente, el ncleo queda imanado. Si el ncleo es de hierro dulce, cesa su imantacin tan pronto como se interrumpe la corriente quedando slo el magnetismo remanente, con tan escasa fuerza que apenas se manifiestan sus efectos.

En la construccin de los buenos imanes permanente se emplea el acero templado, el cual se introduce dentro de una bobina por la que se hace pasar una corriente continua; Cuando cesa la corriente, el imn permanece imanado.

Figura 49 PARTES DEL ELECTROIMN

El electroimn (figura 49), generalmente, presenta dos polos en forma de U. En cada una de las ramas, tambin llamadas ncleo, se devana las bobinas B de hilo de cobre aislado; teniendo en cuenta, que cuando se pasa de la primera rama a la segunda, se ha de hacer el devanado en sentido inverso, para que la corriente nica que circula por el devanado cree los polos N y S..

Normalmente, los polos se construyen con dos ncleos paralelos, de seccin cuadrada, rectangular o circular, unidos por una pieza transversal, C, llamada culata.

El electroimn atrae a la pieza A o armadura, cuando el electroimn se halla desconectado, entre la armadura y el ncleo existe un espacio e llamado entrehierro.


36. FUERZA MAGNETOMOTRIZ

Se llama fuerza magnetomotriz (f.m.m.) o tensin magntica de una bobina con ncleo, formado por N espiras y recorrida por una corriente I al valor del producto.

f.m.m. = 1'25 N . I

Es decir, la fuerza magnetomotriz es igual al nmero de amperios vueltas multiplicado por 1'25.

37. APLICACIONES DE LOS ELECTROIMANES

Las primeras aplicaciones son los propios electroimanes; utilizados como gra (figura 50), la bobina queda encerrada dentro de una carcasa; el polo N se sita en el centro y el S en la periferia; la bobina queda de esta forma protegida con la coraza que forma la carcasa, por ello recibe el nombre de electroimn acorazado.

Figura 50 ELECTROIMN ACORAZADO

La ms comn de las aplicaciones, es el electrofreno de los ascensores (figura 50), en el que la armadura se introduce dentro del ncleo, ajustando perfectamente en un "lecho o cama" para evitar que la armadura se gire sobre su eje.

Figura 51 ELECTROIMN FRENO


38. REL

La armadura de un rel se asemeja al brazo de una balanza N (figura 52), de modo que ste bascula sobre un eje. Al conectar una corriente continua, entre los puntos 1 y 2, el electroimn E, atrae a su armadura N, venciendo la fuerza del muelle M, o en otros casos, el de una lmina L. Cuando cesa la corriente, la fuerza del muelle vuelve a la posicin inicial la armadura N.

N

E

A B 1

L M

2 C

Figura 52 REL

Solidario con la armadura N, y unido por piezas aislantes, est el doble contacto C; que en el extremo tiene, por la parte superior, y la inferior, una pieza de una aleacin especial (pintada de negro en la figura), capaz de resistir las pequeas chispas que se producen al cerrar o abrir el circuito de corriente.

Cuando el rel est en reposo; es decir; no hay corriente en la bobina E, existe una comunicacin elctrica entre los puntos A y C; cuando se excita la bobina, el efecto electromagntico del carrete atrae al ncleo, abrindose el contacto A C, y al mismo tiempo, cerrndose el contacto B C. Se puede decir del rel, que es igual que un conmutador con mando elctrico.

Existen rels que actan a la vez con ms de un conmutador, no existiendo en teora lmite para el nmero de contactos que han de abrir o cerrar al mismo tiempo.

Figura 53 REL DE CUATRO CONTACTOS AUXILIARES


39. SENTIDO DE LA f.e.m. EJERCIDA SOBRE UN CONDUCTOR

Se ha visto en los ejemplos anteriores, que el campo magntico desplaza a los cuerpos construidos sobre armaduras de hierro, tambin acta sobre los conductores hacindoles desplazar siempre en un mismo sentido.

Existe una regla para determinar en que sentido se desplazar un conductor que es recorrido por una corriente cuando se encuentra dentro de un campo magntico, llamada regla de los tres dedos de la mano izquierda:

Si se coloca la mano izquierda disponiendo que los dedos pulgar, ndice y medio formando ngulos rectos entre s, figura 54, y haciendo dirigir el dedo ndice en el sentido del flujo del campo magntico, y el dedo medio en el sentido de l a corriente que recorre el conductor; la direccin del dedo pulgar indicar en que sentido se desplazar el conductor.

Figura 54 REGLA DE LOS TRES DEDOS DE LA MANO IZQUIERDA

40. APLICACIN DE LA FUERZA MAGNTICA A LOS MOTORES

El motor elctrico no es ms que una masa de hierro inteligentemente dispuesta para que pueda girar sobre s mismo, sin que se frene por el rozamiento; por ello est soportado el eje del rotor sobre cojinetes. La parte esttica del motor est compuesta por las bobinas, colocadas convenientemente alrededor de esta masa de hierro.


Cuando se suministra corriente, se producen dentro del motor unas atracciones y repulsiones electromagnticas que hacen que el rotor gire en el sentido que se puede determinar por la regla de los tres dedos de la mano izquierda (figura 55) dando lugar al fenmeno de la conversin de la energa elctrica en energa mecnica.

Representado simblicamente en la figura 55. La corriente que llega al motor produce el movimiento de la polea del motor

Figura 55 MOTOR ELCTRICO

En la figura 56 est representada una parte de un motor, precisamente por donde en este momento se est ejerciendo la fuerza del campo magntico que hace que los conductores se desplacen hacia la izquierda del dibujo. Lo que da lugar al giro del rotor.

Figura 56 FUERZAS QUE ACTAN SOBRE LOS CONDUCTORES

41. VELOCIDAD ELCTRICA

Hasta ahora se ha considerando que el conductor giratorio se mova en un campo magntico compuesto de un polo Norte y un polo Sur de tal forma que, durante una vuelta completa, es decir, en un giro de 360 geomtrico; por tanto, la velocidad mecnica del giro del motor coincide con el ciclo de la corriente.

Pero la inmensa mayora de las mquinas elctricas estn provistas de varios pares de polos, es decir, son multipolares. En estas mquinas no coinciden los valores de las velocidades elctricas y mecnica.


En la mquina exapolar de la figura 57, el conductor L1 gira en sentido contrario al de las agujas del reloj: Como es fcil comprobar; por cada par de polos se presentan en el conductor los valores de la f.e.m. correspondiente a un ciclo completo. En efecto, desde L1 hasta L2, se producen los mismos efectos que antes se producan en una vuelta completa de una mquina bipolar. Exactamente igual ocurre durente el recorrido L2 hasta L3, as como desde L3 hasta L1.

Figura 57 MOTOR DE TRES PARES DE POLOS

Resumiendo cada vuelta completa de 360, corresponden tantos ciclos elctricos como pares de polos tiene la mquina. As, pues, siendo 2p el nmero de polos de la mquina, existir entre las velocidades elctricas y mecnica la relacin:

1 vuelta del conductor = p ciclos elctricos.

Aumentando el nmero de polos de un motor se influye en la velocidad del motor de tal manera que segn la frmula

La frecuencia f a que trabaja un motor viene dada por el nmero de pares de polos p multiplicado por la velocidad del motor contado en revoluciones por minuto (r.p.m.) Dividido por 60

Por tanto, se puede saber la velocidad en r.p.m. a que funciona un motor transformando la frmula anterior en:

60 f n =

p


Segn esta frmula la velocidad de giro de un motor no depende en nada del voltaje de funcionamiento, y como el valor de la frecuencia es inalterable, para cambiar la velocidad de un motor solo se puede hacer, cambiando el nmero de polos que tiene el motor.

Polos de un motor

Para visualizar mejor los polos de un motor en las figuras 55,56 y 57 se han representados los polos salientes, como es el caso de los motores de corriente continua y los primeros motores de corriente alterna. Pero en los actuales motores los polos de un motor de corriente alterna, el hierro est formado por ranuras longitudinales, y en cada ranura se cola el final de una bobina con el principio de otra bobina (figura 58). Se llama de polos liso. Aunque los polos no permanecen estticos giran segn la posicin en cada momento de las tres fases.

Figura 58 MOTOR DE DOS PARES DE POLOS

El nmero de ranuras siempre ser mltiplo de tres, puestos que es un motor trifsico. Si el motor fuese de 3.000 revoluciones es porque lleva dos bobinas, una norte y otra sur, por el nmero de fases seran seis ranuras.

El estator de la figura 58 tiene 12 ranuras lo que permite cuatro bobinas por fase, luego corresponde a un motor de 1.500 r.p.m.

En la figura 59, se ha representado el bobinado de este motor y el sentido de la corriente por cada fase. Observando la figura 60, se ve que en cada instante, representado por lneas perpendiculares, siempre existen dos fases en un mismo sentido y la tercera en sentido contario


Por esta razn a la fase R y T se le ha dado un sentido y a la fase central S se le ha dado el sentido contrario. U, V y W son las salidas y R, S y T las entradas. Se observa en la figura 59 que se forman cuatro polo, con dos fases que actan en un sentido y la tercera en sentido contario, que no cuenta, o que la suma algebraica de los valores de las tres fases (que se deduce de la figura 60) hace que predomine las dos sobre la tercera.

Figura 59 FORMACIN DE LOS CUATRO POLOS

La sucesin de fases

Los valores de la tensin de las tres fases estn en contante variacin, tan pronto predomina una fase sobre las otras, como deja paso a la fase siguiente de este predominio para inmediatamente volverlo a recuperar hasta 50 veces en un segundo, las lneas verticales de la figura 60 son instantes imaginarios en que puede detenerse la sucesin de fases y puede verse que las tres fases cambian constantemente de valor creciente positivo a valor decreciente, pasando de positivo a negativo, y al mismo tiempo, las otras dos fases tambin cambian.


Este movimiento incansable es lo que produce un campo magntico giratorio dentro del estator, sin que aparentemente no exista movimiento alguno.

Figura 60 LA CORRIENTE TRIFSICA SIEMPRE TIENE UNA FASE EN SENTIDO CONTRARIO A LAS OTRAS DOS

En el dibujo, la suma algebraica de la fase R, S y T siempre dar un valor cambiante al campo magntico, apareciendo en el estator del motor un campo magntico cuyos polos N y S contantemente giran en un sentido. Cuando se cambian dos fases el giro del campo magntico cambian al contrario, si se cambian las tres fases al mismo tiempo, el giro no cambia.

Alumbrado Electromagnetismo

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