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TEMA 1ALUMBRADO ARTIFICIALY ELECTROMAGNETISMO

Indice

1. La luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3. Curva de sensibilidad del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4. Rapidez de percepción visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5. Fuentes de luz artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6. Lamparas de filamento incandescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7. Particularidades de las lámparas incandescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8. Formas de la ampolla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9. Acabados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 910. Casquillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1011. Lamparas halogenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212. Lamparas halogenas intercambiables con las incandescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1513. Tubo fluorescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514. Color de emisión de luz de los tubos fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615. Aplicaciones especiales de los tubos fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1716. Reactancia para tubo fluorescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1917. Cebador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1918. Particularidades físicas de los tubos fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2019. Lamparas ahorradoras de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2020. Lamparas de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2221. Lampara de vapor de mercurio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2322. Lampara de vapor de sodio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2623. Lampara de luz mixta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2924. Lampara de descarga de halogenuros metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2925. Lampara de descarga de xenón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3026. Nuevas técnicas en la fabricación de lamparas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3127. Electromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3328. Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3329. Campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3430. Acción mutua de los imanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3531. Sentido de las lineas de fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3632. Electromagnetismo producido por una corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3733. Espira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3834. Solenoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4035. Electroimán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4136. Fuerza magnetomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4237. Aplicaciones de los electroimanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4238. Relé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4339. Sentido de la f.e.m. ejercida sobre u conductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4440. Aplicación de la fuerza magnetomotriz a los motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4441. Velocidad eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Curso Virtual: Electricidad industrial

Módulo 2. Tema 1 Alumbrado Artificial y Electromagnetismo Página 1 de 49

TEMA 1

ALUMBRADO ARTIFICIAL Y ELECTROMAGNETISMO

1. LA LUZ

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

Las investigaciones científicas, han revelado que, la luz, se mueve a través del espaciobajo forma de ondas electromagnéticas, semejantes por su velocidad (300.000kilómetros por segundo) y su naturaleza a las ondas de radio y otras ondaselectromagnéticas (figura 1); pero diferentes por su longitud de onda.

90º

101010

10

1010 10

1

10

2104

6

-2

-4-6

-8

-10-12

RAYOSCÓSMICOS

RAYOSGAMMA

RAYOSULTRAVIOLETAS

RAYOS X

LUZ RAYOSINFRAROJOS

RAYOSELECTRICOS(ONDASDE RADIOYTV)

Figura 1 ESPECTRO DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

La radiación de luz es la unión de dos planos superpuestos, que están desplazados 90º, transmitiéndose en línea recta



Las ondas luminosas viajan en líneas rectas, pero pueden ser modificadas (figura2) por medio de reflexión, refracción o difusión.

REFLEXIÓN

DIFUSIÓNREFRACCIÓNFigura 2 MODIFICACIÓN DEL RAYO DE LUZ

Las ondas luminosas del espectro visible y cualquiera que sea su longitud, viajan conla misma velocidad a través del espacio, pero en un ambiente transparente los rayosazules viajan más lentamente que los rayos rojos. Lo que explica el porqué de ladescomposición en sus colores componentes, de un rayo de luz, por la acción de unprisma.

Figura 3 DESCOMPOSICIÓN 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 7600Angström (rojo) a 3800 Angström (violeta) (figura 5). Entre estos límites se hallanlas longitudes de onda que el ojo distingue.

La temperatura de color es un término empleado para describir el color de una fuentede luz por comparación con el color de un cuerpo negro radiador. Un cuerpo negrocambia de color al cambiar de temperatura, y se expresa esta temperatura en gradosKelvin, una escala de temperatura que tiene su cero a -273º Centígrados.

Por ejemplo; la luz de un tubo fluorescente color "blanco" es similar a la luz de uncuerpo negro a la temperatura de 3500º K., y, por tanto, se dice que el tubo tiene uncolor de 3500º K. La luz de un tubo fluorescente "luz de día" es más azulada, y paraigualar la temperatura del cuerpo negro tendrá que ser más elevada. El tubo "luz de día"tiene un color de 6500º K.

FUENTE NATURAL GRADOS KELVIN FUENTE ARTIFICIAL

CIELO AZUL 25.00015.000

.10.000 8.000

. CIELO CUBIERTO 6.500 TUBO FLUORESCENTE LUZ DÍA

.SOL DE MEDIODÍA 5.000 LÁMPARA PARA FOTOGRAFÍA (FOCO)

.

.

. 4.000 LÁMPARA DE CRISTAL AZUL 3.800 LÁMPARA DE DESTELLO PARA

SOL UNA HORA DESPUÉS DE SALIR

O ANTES DEL OCASO.

. ARCO VOLTAICO.

3.600 TUBO FLUORESCENTE BLANCO

.

3.400 LAMPARA INCANDESCENTE.

SOL MEDIA HORA DESPUÉS DE

O ANTES DEL OCASO.

.

2.400 LLAMA DE ACETILENO

.

.2.200 LLAMA DE GAS

.2.000

SALIDA O PUESTA DEL SOL. . LLAMA DE BUJÍA80

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 animalesque a los seres humanos, refiriéndonos a las personas, los experimentos demuestranque el brillo de una luz de onda de 5500 Angström tiene una percepción del 100 %,mientras que el color violeta de 4000 Angström así como el rojo de 7000 Angströmsu percepción es nula, el 0 %, con estos datos se ha podido establecer la curva de lafigura 5

Figura 5 CURVA DE VISIBILIDAD DE OJO HUMANO

Sin embargo, en las aplicaciones prácticas de alumbrado el efecto psicológico de la luzde color puede influir en el individuo y en algunas ocasiones será más convenienteemplear colores menos pronunciados aunque disminuya la agudeza visual.

4. RAPIDEZ DE PERCEPCIÓN VISUAL

El ojo no responde instantáneamente al estímulo de la luz, y la percepción visualno es inmediata. Por lo tanto; si se expone el ojo a una fuente de luz que varíarápidamente de intensidad, la persistencia de la percepción visual en algunos casosimpide descubrir la vacilación; este caso ocurre en el cine y la televisión.



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

La variación a la frecuencia de 50 ciclos por segundo no la percibe el ojo y enapariencia no produce variación en la luminosidad en las lámparas incandescentes;pero, en la de descarga gaseosa y los tubos fluorescentes producen ciertavacilación o parpadeo llamado efecto estroboscópico. Para algunas tareas, conobjetos 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 contodos los detalles y esto depende al menos de cuatro factores fundamentales:

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

- El tamaño (cuanto más grande, más fácil 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 más fácilmente controlado por el luminotécnico.

5. FUENTES DE LUZ ARTIFICIAL

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

Para convencernos de esto basta con recordar que a principio del siglo XIX, casi noexistía otra fuente de luz artificial que la vela de cera. Castillos, iglesias, palacios yviviendas se alumbraban con velas de cera.

Finalizando el siglo XIX se descubrieron las primeras lámparas incandescentes, enlos Estados Unidos de América del Norte, T. Edison, no sólo descubrió la lámpara sinoque también tuvo que demostrar, iluminando él mismo una pequeña ciudad, que elalumbrado eléctrico era mucho mejor que el de los faroles de gas.

Pero en Europa no llegó hasta la exposición Universal de París, hecho que le valió a laCapital de Francia, el sobrenombre de ciudad de la luz, ya que por primera vez seiluminó toda una gran ciudad y sus monumentos con luz eléctrica. Más tarde losmovimientos culturales de la época, extenderían este concepto a lo cultural, locual no contradice del primer concepto.



6. LÁMPARAS DE FILAMENTO INCANDESCENTE

La incandescencia es el fenómeno que se observa al someter un cuerpo alaumento de temperatura hasta el punto que desprenda luz. En esto momento sedice que le cuerpo está incandescente, superado este instante el cuerpo se funde yvolatiliza con desprendimiento de llama.

Evitar que el cuerpo se funda y mantenerlo en este instante de incandescencia es loque descubrió Edison. Para ello encerró dentro de una ampolla de vidrio un filamentode carbón y extrajo el aire del interior. Al no existir oxígeno el filamento no sefundía, la cantidad de luz emitida por estas lámparas era suficiente para iluminar suentorno, si bien el rendimiento de estas primeras lámparas era bajo.

En 1907 se adoptó el filamento de volframio, y al tiempo que se hace el vacío en elinterior de la ampolla se introduce un gas noble, que permite una corriente refrigeranteque enfrían el filamento, alargando su vida y permitiendo temperaturas que sobrepasanlos 3.000 ºC

7. PARTICULARIDADES DE LA LÁMPARA INCANDESCENTE

La vida media de la lámpara incandescente es de

1.000 horas de funcionamiento.

Figura 6 COMPONENTES DE LA LÁMPARA INCANDESCENTE



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

1. - Gas para evitar la evaporación del filamento

2. - Soportes del filamento

3. - Hilos de conexión del filamento con el casquillo

4. - Botón 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 evacuación del aire d Cuarzo yodo sin patillas durante la fabricación

8. - Ampolla

9. - Casquillo

8. FORMAS DE LA AMPOLLA

La figura 7 muestra gráficamente las formas más usuales de lámparas incandescentes,cuya denominación es la siguiente:

1 Estándar 2 Hongo 3 Con reflector dicroicode cuarzo yodo

4 Seta 5 Espejada(Cebolla)

6 Globo

7 Esférica 8Pebetero

9 Tubular 10 Tubo 11Cuadrada

12 Vela 13 Velarizada

14 Cónica

15 Linterna 16 De gotade lente

17 Piloto 18Micro lámpara-sin casquillo-

19 Sofito 20 Softonedos

casquillos

21 Softoneun casquillo

central

22Portalámpar

a Softone

23 Lámpara linealcuarzo yodo larga

25 Lámpara lineal cuarzoyodo corta

24 Lámpara lineal cuarzo yodo con latiguillos

26 Lámpara cuarzoiodo con reflector

dicroico

27 Cuarzoiodo sinpatillas

28 bi-pin

29 Cuarzo yodointercambiable

30 Cuarzo yodointercambiable

tubular

31 Par de vidrioprensado

32 Cónica debajo voltaje



Figura 7 DISTINTAS FORMAS DE LA AMPOLLA



9. ACABADOS

Las ampollas se fabrican con distintos acabados, según convenga para obtener undeterminado efecto luminoso.

Hoy día entre formas, acabados, potencias y voltajes existen en el mercado más de40.000 tipos distintos de lámparas.

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 LÁMPARAS



10. CASQUILLOS

En un principio y hasta no hace muchos años, tan sólo existían dos grupos, los de roscay los de bayoneta; los de bayonetas se aplican a todos los lugares sometido a vibraciónque puede hacer, que por el efecto del movimiento, se desenrosque la lámpara. En losdemás casos se emplean los de rosca, de este último sólo existían tres medidas:

E. - el de rosca Edison

que era el más común, por encima de este había un tipo mayor

G. - con rosca Goliat,

para lámparas de 300 vatios o de consumo superior

M. - rosca miñón (mignon).

el de menor tamaño, que se empleaba en lámparas en forma de vela

E M GFigura 9 CASQUILLOS

La gama actual de casquillos es enorme, sobrepasando el centenar. Dividiéndolo porgrupos existen:

Casquillos roscados: Sólo indican tres:

- los de las lámparas de vela E-14, denominados anteriormente miñón.

- 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 diámetro de rosca.



Casquillos de bayoneta: El similar a la:

- rosca E-14 es la bayoneta B-15

la forma más corriente de la ampolla de este casquillo es la de vela pero no la única.

- rosca E-27 es la bayoneta B-22

llamada también forma estándar por ser la más común de todas las lámparas que hay en el mercado

- rosca E-40 es la bayoneta BA-42

para lámpara de más de 300 vatios de consumo

Casquillos de bayoneta para automóviles:

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

Figura 10 LÁMPARAS DE AUTOMÓVIL

Casquillos con terminales de cable,

de espigas,

y sin casquillos,

son todas ellas lámparas especiales que sólo son aplicables a un sólo tipo de máquinay que se fabrican exclusivamente para ella, incluso dándose a veces, el caso que tansólo la construye un sólo fabricante.



Figura 11 LÁMPARAS SIN CASQUILLOS

11. LÁMPARAS DE HALÓGENAS

Son lámparas de filamento incandescente, a las que le han incorporado, además delnitrógeno y el argón, gases halógenos de yodo y bromo; lo que da lugar a un fenómenollamado “ciclo del halógeno”, que consiste éste en la combinación con los átomos deltungsteno o volframio desprendido del filamento que se depositan en los puntos máscalientes del filamento, con lo que se autorregenera el filamento constantemente,resultando una mayor vida de la lámpara. Para que esta reacción se produzca hacefalta una elevada temperatura del filamento y que las paredes del bulbo se encuentrenlo más cerca posible de éste.

Por estas razones, el filamento se construye con una gran pureza y regularidad en eldiámetro, y el cristal utilizado cuarzo, que resiste temperaturas de 650 ºC.

El portalámpara está sometido a una alta temperatura, por lo que se construyen decerámica y los conductores con revestimiento anticalórico.



Ventajas

Reducido tamaño

Menor consumo para una misma cantidad de luz

Temperatura del color alta 3.000 ºK

Mayor duración (3.000 a 5.000 horas), las sobretensiones y una ventilación inadecuadaacortan en mucho este promedio de vida.

Inconvenientes

No pueden ser tocadas con los dedos, la grasa de estos reaccionan con el cuarzoa altas temperaturas y se cuartean (deben de colocarse sin quitar el papel envolvente,y una vez colocada quitar el papel de protección, no antes)

La elevada temperatura produce que su entorno deba ser protegido de contactosaccidentales, y los conductores protegidos con fundas anticalóricas.

La alta luminiscencia, produce deslumbramientos si los ángulos de visión no son losadecuados.

La mayoría de estas lámparas funcionan a pequeñas tensiones, por lo que espreciso utilizar trasformadores.

Producen una importante radiación ultravioleta, por lo que no deben ser utilizas parailuminar seres vivos, como animales o plantas, a no ser que utilicen filtrosadecuados, ya sea incorporado en la envolvente de la lámpara, o en la luminaria quela he de contener.

Utilización

En un principio, se utilizaron para producir una gran potencia de luz, con consumosde 300, 500, 1.000 y 1.500 W, por lo que se utilizan en proyectores, fotografía y teatro.Hoy día, también se utilizan como sustitución de las lámparas normales deincandescencia, en consumo muy bajo, de 30, 40 y 50 W y de muy diversas formas,incluso de vela, con reflector incorporado (figura 12), sin él (figura 13), de mayor omenor diámetro, con apertura de has de luz que oscila entre los 3 y los 30 º



Una de las innovaciones que más repercusión ha tenido en el alumbrado moderno deinteriores, ha sido la unión de la lámpara halógena y el reflector de vidrio conrevestimiento de capa fina dicroica (esta capa refleja la luz blanca hacia delante ydeja pasar luz ultravioleta hacia atrás).

Figura 12 LÁMPARA HALÓGENA DICROICA

El voltaje de funcionamiento más común es 12 voltios pero también se fabrica en 13'8,8, y 30 voltios

Figura 13 LÁMPARA HALOGENA BI-PIN

El tamaño de lámparas bi-pin oscila entre 25 y 60 mm de largo incluyendo loscontactos, el filamento puede estar en posición axial, o transversal; y el cristal de cuarzopuede ser transparente u opaco. (En el lenguaje coloquial se suele eliminar el prefijo Bi-y se las denominan simplemente lámparas pin)

Figura 14 LÁMPARA HALÓGENA LINEAL

Las lámparas halógenas de cuarzo yodo lineal tienen posición de funcionamiento,deben trabajar en posición horizontal, con un ángulo máximo de inclinación de ±15 ºC



12. LÁMPARA HALÓGENA INTERCAMBIABLE CON LAS INCANDESCENTES

Son halógenas con una doble envoltura de cristal normal, lo que permite manejarla igualque una lámpara normal con casquillo E-27, E-14 incluso E-40, todas al voltajenormal de 220 -230 V; pero, sin olvidar el mayor calor que produce. Por tanto, no sepuede colocar en el mismo lugar que ocupe una lámpara normal, a no ser que esté bienventilada, y de que el plástico no forme parte de la luminaria.

Figura 15 DIVERSAS LÁMPARAS HALÓGENAS INTERCAMBIABLES CON LAS NORMALES

13. TUBO FLUORESCENTE.

Presentado en la Feria de Nueva York de 1939 no se introdujeron en Europa hasta1945, ya terminada la II Guerra Mundial.

La figura 16 muestra qué es un montaje de lámpara fluorescente. En líneas generales,consta de un tubo de vidrio de calidad especial herméticamente cerrado, en el quepreviamente se ha hecho el vacío, sin el cual no puede funcionar la lámpara.

Figura 16 TUBO FLUORESCENTE



Cada extremo del tubo lleva montado un filamento. La pared interior del tubo varevestida con una capa de un compuesto químico fluorescente. En el interior del tubose introduce cierta cantidad de gas argón y una pequeña cantidad de mercurio.

Los dos filamentos, colocados en ambos extremos del tubo, están recubierto de unasubstancia que por la acción del calor, emiten con facilidad electrones. Delantedel filamento se coloca una pantalla, conectada eléctricamente con el filamento: estohace que, un filamento actúe como un cátodo; y el otro, como un ánodo; los electronesque son desprendidos del cátodo, son atraídos por el ánodo produciendo un arcoeléctrico. Este arco, se ve favorecido por la presencia del gas argón; la descarga inicial,se produce gracia a la presencia de este gas. Esta primera descarga, produce el calorsuficiente para vaporizar rápidamente el mercurio; lo que sirve para mantener elarco; al mismo tiempo, el vapor de mercurio, por el choque de los electrones, sevuelve luminiscente.

14. COLOR DE EMISIÓN DE LUZ DE LOS TUBOS FLUORESCENTES

La descarga eléctrica produce principalmente rayos ultravioletas y algo deradiaciones visibles verdes y azules. La misión del compuesto químico con que serecubren las paredes del tubo es la de absorber la radiación que se produce por laevaporación del mercurio y convertirla en luz. Gracias a las mezclas de polvos defósforos, se obtiene el matiz deseado.

Los colores comerciales más comunes son:

- Blanco cálido - Luz día (el más utilizado)

Sin que estos sean los únicos colores que se utilizan para iluminación, pues también seusa, el:

- Blanco de lujo - Blanco cálido de lujo - Luz diurna fría

También 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 usosespeciales, destinadas no a producir colores; para decoración, o para la iluminación;si no, para producir radiaciones, con el objeto de aplicar esta propiedad en efectostales 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 efectosluminiscentes de aplicación en discotecas, análisis y detección, industria azucareratextiles y alimentación, filatelia, mineralogía, banca, criminología y medicina.

Figura 18 TUBO LUZ NEGRA

Figura 19 BILLETE ILUMINADO CON LUZ ULTRAVIOLETA



Las

- Lámparas germicidas

- para la destrucción de bacterias y mohos, empleada en el conducto del aireacondicionado; se hace de forma que sus rayos no puedan ser emitidos al exterior, yaque una exposición prolongada puede ser perjudicial y producir conjuntivitis o eritemasen la piel. Se utiliza mucho en hospitales, cámaras frigoríficas, almacenes de queso,industria farmacéuticas, lecherías, destilerías de cerveza y centros de investigacionesbacteriológicas.

También se fabrican lámparas fluorescentes sin filamento de caldeo, llamadas de"cátodo frío" tienen un sólo tetón por extremo del tubo en lugar de los dos que tienenlos tubos de cátodo caliente (figura 20).

Figura 20 TUBO DE CÁTODO FRÍO

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 más que un carrete de hilo de cobre, o aluminio, devanado sobre un núcleo dehierro, de construcción en forma particular. La finalidad de la reactancia es triple.

-Primero calienta los electrodos de la lámpara hasta que pueda iniciarse laemisión de electrones.

-Segundo proporcionar una tensión suficientemente alta para que seproduzca el arco entre los electrodos.

-Tercero estabilizar la corriente y potencia de la lámpara a los valoresprevistos por el fabricante.

NOTA: De aquí que en los tubos fluorescentes no se especifique la tensión de trabajo, es la reactancia la que sefabrica de distintos voltajes de red, sirviendo el tubo lo mismo para un voltaje de línea que para otro, ya que es lareactancia, la que regula la tensión de trabajo del tubo fluorescente.

Figura 22 DIVERSOS ASPECTOS DE REACTANCIAS

17. CEBADOR

Su misión es producir el "arranque" del primer arco dentro del tubo, el cual se originapor la combinación del efecto que se produce en la reactancia cuando el cebadorinterrumpe bruscamente el paso de la corriente por los filamentos de caldeo. (En lafigura 16 se ve como, el cebador está conectado en serie con los dos filamentos)

Figura 23 CEBADORES



Al interrumpirse el paso de la corriente a través del cebador, la tensión entre losextremos del tubo se eleva, gracias al efecto de la reactancia, y salta el arco entreambos electrodos. Inmediatamente que se enciende la reactancia disminuye la tensióndel tubo un 50 %, y el cebador deja de actuar, quedando fuera de servicio. Paracomprobar esto basta con aflojar el cebador de modo que dejado fuera del circuito, eltubo continuará funcionando sin variación; pero, si se apaga no volverá a encenderhasta que no coloquemos de nuevo el cebador.

18. PARTICULARIDADES FÍSICAS DE LOS TUBOS FLUORESCENTES

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

2.000 horas de funcionamiento,

pero, esta se acorta notablemente cuando los apagados y encendidos son muyfrecuentes. Si un tubo fluorescente se conecta con un dispositivo intermitente deapagado 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 alumbradopúblico

19. LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

En la actualidad se fabrican tubos fluorescentes de pequeño consumo, en forma delámpara, en los que la reactancia y el cebador están integrados dentro del conjunto ydispone de una rosca E-27 y aún E-14; con lo que nada más que hace falta enroscarlaen el portalámpara en sustitución de la lámpara incandescente. La cantidad de luz deun tubo fluorescente de 7 W es similar al de una lámpara de 60 W, y su vida mediaes mayor; de aquí, el nombre que se les han dado a este tipo de lampara. La formacomercial puede ser cualquiera de las representadas en al figura 25.

d

15 W20 W23 W

OSRAM

75 W100 W120 W

OSRAM

Figura 24 COMPARACIÓN DEL GASTO CON LA CANTIDAD DE LUZ



Figura 25 LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

En la actualidad la electrónica se ha aplicado al encendido de los tubos fluorescentessiendo posibles algo que antes no se podía, como conectar los tubos a la corrientecontinua, incluso a pequeñas tensiones. La reactancia ya no existe en las lámparas deahorro de energía. La electrónica también se aplica para disminuir la cantidad deiluminación mediante reguladores. Este tipo de reactancias (llamadas balastros), semuestran en la figura 26, suelen ser mucho más largas que las reactancias normalesy el peso casi insignificante sorprenden, pues se ha eliminado el hierro.

Figura 26 DIVERSAS REACTANCIAS ELECTRÓNICA PARA TUBOS FLUORESCENTES



Esquemas de conexionado: En todas las reactancias sea convencional o electrónicaviene pintado el esquema de conexión. En la figura 26, se ven estos esquemas algoconfuso y en la figura 27, puede observarse incluso reactancias para más de un tuboa la vez.

27. DIVERSOS ESQUEMAS DE TUBOS FLUORESCENTES

20. LÁMPARAS DE DESCARGA

En la lámpara de incandescencia se originan unas pérdidas de energía de un 90 %aproximadamente, aprovechándose en luz únicamente el resto. Esto es debido a laradiación por temperatura, base de estas lámparas; se obtiene espectro continuos, conradiaciones que no son útiles a la visión.



Constan de un quemador, en forma alargada, rellena de gases eléctricamente neutros,como el argón, neón, xenón y el nitrógeno, dentro del cual se produce, al aplicarle latensión adecuada, una ionización de la mezcla gaseosa, vaporizándose el mercurioy dando inicio a la descarga eléctrica entre cátodos. Esta descarga en forma dearco, produce luz de una intensidad mucho mayor que la incandescencia.

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

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

Las lámparas de descarga al no tener filamentos no se funden, tan sólo se agotan,siendo la vida útil de estas es de

6.000 horas de funcionamiento.

Y la relación, vatios consumido-luz radiada, mucho mayor que la de las lámparas defilamento. No obstante la enorme ventaja que proporcionan esta lámpara, sin embargo,no está hecha para sustituir a las lámparas incandescentes que siguen teniendosu campo de aplicación propio. Las lámparas de descarga están diseñadas paraalumbrado de grandes espacios abiertos, especialmente para alumbrado decarreteras, jardines, aparcamientos.

21. LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO (VM)

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

El quemador al iniciar el encendido, hace aumentar la tensión entre los bornes de lalámpara, por la acción de la descarga y el aumento de la temperatura. Esta tensiónpodría aumentar de forma indefinida la cantidad de corriente, que conduciría casi deinmediato a la destrucción de la lámpara. Para impedir este inconveniente se coloca,en serie con la lámpara, una reactancia del valor adecuado a la potencia de cadalámpara. El uso de reactancia obliga a su vez, a utilizar condensadorescorrectores del factor de potencia, adecuado a cada tipo de lámpara.



LÁMPARA VM ESTÁNDAR

La emisión del quemador de vapor de mercurio emite una considerable cantidad deultravioleta, recubriendo la ampolla con fósforo, se consigue convertir en luz visible elarco del quemador. Sin embargo, el color resultante deja mucho que desear, por loque, se limita el uso de estas lámparas a grandes espacios en los que no espreciso un alto nivel cromático

LÁMPARA VM CC

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

Figura 28 LÁMPARA DE VAPOR DE MERCURIO Y REACTANCIA

LÁMPARA VM reflectora

Diseñadas para proyectar direccionalmente la luz a lugares concretos, presentanforma de hongo (figura 29), su construcción 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 dióxido de titanio, sobre la que sedeposita sustancias fluorescentes que aumentan el rendimiento lumínico a 4.000 ºK.

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



Se fabrican todas con casquillo E-40.

d

Figura 29 LÁMPARA DE VM CON REFLECTOR

Potencia en lámparas de VM

Estándar

E-27: 50, 80 y 125 W

Condensador: 7, 8 y 10 µF

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

Condensador: 18, 25, 40 y 60 µF

Color corregido

E-27: 50, 80 y 125 W

Condensador: 7, 8 y 10 µF

E-40: 250 y 400 W

Condensador: 18 y 25, µF

Con reflector

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

Condensador: 18, 25, 40 y 60 µF



Reactancia en lámparas de descarga

Todas las lámparas de Vapor de Mercurio y Vapor de Sodio, necesitan un equipoauxiliar para limitar la corriente que circula por el circuito, siendo las características deesta reactancia adecuadas a la lámpara.

Por otro lado como son lámparas de alumbrado público la reactancia han de irprotegidas contra los agentes atmosféricos como la lluvia, la nieve o el sol, y contragolpes.

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

22. LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO

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

Lámpara de vapor de sodio de baja presión

Consta de un tubo doblado en forma de horquilla, que lleva una serie de resaltes ocavidades, dispuestas a todo lo largo del tubo, para que en ellas de deposite, una vezenfriado el gas, en estas cavidades; que son las partes más frías del tubo. De estaforma, el material está listo para una nueva ionización al reencender la lámpara.

El tubo se llena de una mezcla de neón y argón, además de una pequeña cantidadde sodio. En los finales del tubo, como ésta es una lámpara de cátodo caliente, seinsertan unos cátodos caliente, se insertas unos electrodos de triple espiral detungsteno, con intersticios rellenos de un emisor de electrones, como el óxido de torio.

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

Figura 30 LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO DE BAJA PRESIÓN



Para el arranque de la lámpara se precisa una tensión elevada, entre los 350 y 400 V,de forma que hace falta un transformador en la alimentación. Este tipo detransformador recibe el nombre de reactancias de fugas, ya que una vez encendidoactúa como una reactancia que controla la corriente del arco.

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

Finalmente cuando la lámpara se encuentra la 100 % de su rendimiento, la luzdesprendida tiene un color amarillo-naranja, que es precisamente el color quemejor distingue el ojo humano, por lo que la visión de lo que los volúmenes que esténiluminados con este tipo de luz se distinguen mucho mejor que si estuvieran iluminadoscon luz blanca. Aunque bajo esta luz no se aprecia las diferencias de colores, lasmasas y volúmenes si aparecen con más nitidez, aunque se puedan confundir loscolores.

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

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

La potencia que consumen es relativamente baja, sin embargo, las dimensionesde la lámpara son bastante importantes según puede verse en el cuadro resumensiguiente

Potencia

W

Flujo

luminoso

Diámetro

mm

Longitud

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 más destacada de estas lámparas es su elevadísimo rendimiento, flujoluminoso del 95 % durante toda su vida útil es la solución más ventajosa alalumbrado público. Son lámparas que tienen posición de uso, es decir, no funcionanen cualquier postura.

Lampara de vapor de sodio de alta presión

Utilizan un quemador de cerámica traslúcida, en lugar de vidrio, en los extremos deltubo cerámico se sitúan los electrodos y una mezcla de mercurio y sodio, mientras enel interior del quemador está compuesta de xenón a una presión de 20atmósferas, dentro del quemador se desarrollan temperaturas de 1.300 ºC.

El sistema de encendido es aún más complejo, precisa de una reactancia y unignitor, que proporciona pulsos de aproximadamente 4.000 V. para iniciar el arcoen el xenón, que desencadene la evaporación del mercurio y el sodio. Este períodode arranque dura entre tres y cuatro minutos.

La producción de luz está prácticamente desprovista de rayos ultravioletas,proporcionando luz prácticamente blanca de gran calidad y de alto rendimiento,de todas las del marcado es la que más cantidad de luz proporciona en relación con elconsumo 130 lúmenes por vatio, y una temperatura del color de 2.500 ºK.

Se fabrica en formato tubular y elipsoidal, aunque presenta un inconveniente muyimportante: El ignitor no puede ser colocado a más de 50 cm de la lámpara.

Figura 31 LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO



23. LÁMPARA DE LUZ MIXTA

Consisten en un tubo de descarga en mercurio, hecho de cuarzo, conectado enserie con un filamento de tungsteno. Este filamento funciona como fuente de luzincandescente y al mismo tiempo, como reactancia para el tubo de descarga enmercurio ya que limita la corriente de la lámpara. La ampolla exterior de la lámparatiene una capa interior correctora, que mejora la reproducción de la luz de ambasfuentes siendo el resultado una luz difusa, pocos minutos después de encendida lalámpara, las dos fuentes alcanzan su rendimiento óptimo.

No necesitan reactancia, por lo que son un recurso excelente para mejorar elalumbrado incandescente ya existente sin necesidad de adquirir reactancia ni montarnuevas armaduras. Se fabrican en tres vatiajes distintos 160, 250 y 500 vatios siendola menor de las tras la única que tiene posición de funcionamiento, las otras dosfunciona en cualquier posición.

Figura 32 LÁMPARA DE LUZ MIXTA

24. LÁMPARAS DE DESCARGA DE HALOGENUROS METÁLICOS

Se basan en la tecnología de del vapor de mercurio, con adicción de otros elementosen minúsculas cantidades, especialmente el talio, indio, iridio y escandio, además delos metales como el mercurio y el sodio.

La construcción de estas lámparas es muy variada, con una múltiple variedad deformas, que las hacen acoplable a casi todo tipo de luminaria.



La forma más común es la de ampolla tipo bi-pin (figura 33), también se fabrica enampolla oval, lo que hace que se puedan utilizar en sustitución de las lámparas devapor de mercurio, siempre que se sustituya el equipo de arranque y la alimentación.La forma tubular es la que se utiliza para sustituir a las lámparas de vapor de sodio dealta presión.

Figura 33 LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS

25. LÁMPARAS DE DESCARGA DE XENÓN

Se emplean principalmente en proyectores de muy alta potencia como aparatos dediscotecas, proyectores tipo antiaéreos y proyectores de iluminación espectacular,como inauguraciones y fiestas.

Produce un arco corto, es una lámpara de descarga de alta presión, lo cualproporciona un alto flujo luminoso que va desde los ultravioletas al infrarrojo, con unhas de luz similar a del sol.

Son lámparas fabricadas totalmente de cuarzo, que han de soportar importantestemperaturas de trabajo, además de fuertes presiones internas, incluso en reposo.

Tiene forma lineal, con electrodos diametralmente opuestos (figura 34). Un cátodopequeño y un ánodo grande. Estas lámparas operan con un complejo sistema dealimentación y arranque, siendo alimentadas con corriente continua a voltajes de15 y 30 V. alcanzando la corriente los 160 A.



Son elementos de muy alto costo, una de estas lámparas pueden tener el mismoprecio que un coche pequeño, y el peso del alimentador es tanto que necesita unaremolque para transportarlo.

Figura 34 LÁMPARA DE ZENÓN

26. NUEVAS TÉCNICAS EN LA FABRICACIÓN DE LÁMPARAS

A partir de 1960 y por encargo del Ejército de los Estados Unidos se inicia laconstrucción de lámparas de cuarzo con gas xenón, capaces de llegar a los 35.000vatios de consumo, para iluminar las pistas y torres de lanzamientos de cohetesespeciales, y que se emplearon ya en los proyectos Apolo y Venus.

En 1963 se llegan a conseguir lámparas de mercurio de 100.000 vatios, utilizada paraacelerar los cambios químicos.

Paralelamente a estos logros; en los tubos fluorescentes, se sigue investigando con elfin de aumentar el rendimiento lumínico y prolongar la vida media de los tubosfluorescentes. En este sentido se ha llegado a una temperatura de color de 5.500grados Kelvin, exactamente igual a la luz natural, pero tal vez, la característica másimpresionante es la duración que llega a un mínimo de 33.000 horas defuncionamiento, casi cuatro años de funcionamiento permanente. Esto ha sidoposible gracias a la utilización del volframio puro, el gas Kriptón y cinco tipos defósforos, cuya combinación reproduce un espectro equilibrado de los colores del arcoiris.

Todo lo anterior se consigue por el interés de la NASA en reproducir, dentro de lascápsulas espaciales, la luz artificial más parecida a la luz natural en beneficio de losastronautas y productos transportados, como plantas y animales. La iluminación nosolo ha de alumbrar sino que la fluorescencia ha de ser capaz de que se realicela fotosíntesis en las plantas y las reacciones hormonales en los seres vivos, tannecesarias en la reproducción y en la fijación de las vitaminas A y D.



La aplicación de estas técnicas de construcción al resto de las lámparas tambiénprolonga la vida media de estas; así, se consiguen lámparas incandescentes de12.000 horas de funcionamiento y en lámparas de descarga se ha llegado a las27.000 horas de vida media. Otra ventaja fundamental que aportan estas nuevastécnicas de fabricación, es el mantenimiento del flujo luminoso. En las lámparasconvencionales, a mitad de su vida, la caída del flujo es del orden del 50 %; enestas nuevas lámparas al 90 % de su vida útil, el rendimiento luminoso tan solodecae un 20 %.

Naturalmente todas estas ventajas repercuten en el precio del producto elaborado, porlo que estas lámparas se venden con una garantía de horas de uso, para ello elfabricante incorpora un código impreso que controla la vida de la lámpara.

Características de las nuevas lámparas de iluminación

Su gran rendimiento: Su definición espectral con una temperatura de color de 5.500grados Kelvin, le hace lo más parecida a la luz natural, por lo que se ven los colorestal como son y sin distorsión, por lo que se consigue un total descanso visual en laspersonas que permaneces muchas horas expuestas a la luz artificial.Consecuentemente se ve mejor con menos cantidad de luz, pudiéndose reducir elnúmero de puntos de luz.

Otras ventajas:

! Salud en las personas y en los animales.

Descanso visual.

Mejora el estado de ánimo y el bienestar visual.

Fijación del calcio y de las vitaminas A y D.

Funcionamiento hormonal.

! Sobre las plantas.

Fotosíntesis.

Acelera la germinación y asentamiento de las raíces, 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 máquinas eléctricas, y los conductores de corriente, se presentan fenómenosmagnéticos cuyo conocimiento es imprescindible conocer, debido, a la gran importanciaque representan estos fenómenos en la generación de corriente, su transporte y lautilización.

Los fenómenos magnéticos pueden ser de dos clases:

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

Los debido a la corriente eléctrica, de cuyo estudio se ocupa elElectromagnetismo.

28. MAGNETISMO

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

Los imanes pueden ser naturales y artificiales.

Imán natural es el que posee la propiedad, sin que en ello intervenga ningúnproceso industrial. El mineral que posee la propiedad de atraer al hierro sedenomina magnetita o piedra imán.

Imán artificial es una pieza de hierro, o acero, de muy diversas formas, que hanadquirido por algún proceso industrial, la propiedad magnética; aunque seapor simple influencia.

Lo imanes artificiales pueden ser temporales o permanentes.

Imanes temporales.- Son aquellos que sólo manifiestan la propiedad magnéticamientras exista una causa que lo origine; al cesar la causa imanadora deja decomportarse como tal imán. Los imanes temporales son todos de hierro.



Imanes permanentes.- Reciben esta denominación aquellos que, cuando dejade actuar la causa inductora, continúan manteniendo las propiedadesmagnéticas. Para construir imanes permanentes es necesario utilizar el acerotemplado.

N

S

EO

NE

SE

NO

SO

Figura 35 BRÚJULA Y BOCINA: IMÁN PERMANENTE Y TEMPORAL

29. CAMPO MAGNÉTICO.

Si se coloca sobre un imán permanente, una cartulina; y sobre ella esparcen limadurasde hierro. Las partículas de hierro se alinean en infinidad de líneas que tienden aestablecer un sin fin de puentes entre el polo norte y el polo sur del imán. La formacaracterística que presentan las limaduras de hierro será similar a la del dibujo de lafigura 36, a este peculiar aspecto se le denomina espectro magnético.

El campo magnético llega hasta donde se manifiesten estos efectos.

La distancia equidistante entre ambos extremos del imán, donde se aprecia una acciónnula de los efectos de este, se denomina eje del imán.

Figura 36 CIRCUITO MAGNÉTICO DE UN IMÁN DE HERRADURA



Si se cuelga de un hilo fino, de seda o algodón, a un imán por su eje, el imán se giraorientándose siempre en una misma dirección. Se puede señalar la punta quesiempre se orienta hacia el Norte Geográfico de rojo y se llama Polo Norte del imán,mientras que la otra punta se pinta de blanco y se la denominará Polo Sur del imán.

N

Figura 37 AGUJA MAGNÉTICA

30. ACCIÓN MUTUA DE LOS IMANES

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

1. Dos polos del mismo nombre se repelen entre sí

NSSN

N SS N



2. Los polos de nombres contrarios se atraen entre sí

N S N S

3. Dos imanes unidos, uno a continuación de otro, se comportan como si fuera unosolo.

N S4. Al cortar un imán por su eje central, no se obtiene dos polos aislados; pues, se

forman dos imanes. Los polos de un imán son indivisibles.

31. SENTIDO DE LAS LÍNEAS DE FUERZA

El estudio del magnetismo es muy difícil, ya que, solamente es posible hacerlo a basede observar los efectos producidos. Para facilitar el estudio, se supone teóricamenteque de uno a otro polo del imán se extienden las llamadas líneas de fuerza.

Por conveniencia, se ha venido a establecer que las líneas de fuerza del campomagnético creado por un imán, salen del polo Norte y después de un recorridopor el especio exterior, vuelven a entrar en el imán por su polo Sur, y que por elinterior del imán lo hace de Sur a Norte (figura 41).

NS S

Figura 41 CIRCUITO MAGNÉTICO

Al recorrido de las líneas de fuerza se le denomina circuito magnético.



32. ELECTROMAGNETISMO PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE

Si una bobina es recorrida por una corriente, a su alrededor se crea un campomagnético, similar al de un imán. Esto es fácil de comprobar; simplemente con repetirel experimento de echar limaduras sobre una cartulina colocada inmediatamenteencima de una bobina: Si la bobina está desconectada, en las limaduras de hierro nose aprecia variación, se quedan tal como cayeron; tan pronto como se somete a tensiónla bobina, las limaduras sobre la cartulina forman de inmediato la misma forma que ladel imán permanente (figura 42). Cuando de desconecta la bobina, las limaduras dehierro se quedan tan como están, pero ahora pueden ser movidas al menor esfuerzo,no volviendo a alinearse hasta que no se conecte de nuevo la bobina.

Figura 42 ESPECTRO MAGNÉTICO

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

Figura 43 EL NÚCLEO DE HIERRO AUMENTA LA FUERZA DEL CAMPO MAGNÉTICO



Las bobinas con núcleo de hierro se denominan electroimanes (figura 44). Loselectroimanes son imanes artificiales que tan sólo produce efectos magnéticoscuando por su bobina circula corriente, cuando cesa la corriente cesan losefectos magnéticos.

Figura 44 ELECTROIMÁN

33. ESPIRA

Si se dobla un conductor recorrido por una corriente para formar una curva,obteniéndose 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 corrienteen la espira. Una corriente que va del observador al plano de la figura serepresenta por un aspa. El sentido contrario, por un punto.

Ns

Figura 46 SENTIDO DE LA CORRIENTE Y DEL EFECTO ELECTROMAGNÉTICO

También se ha de suponer que la corriente avanza en la espira como lo haría unsacacorchos, coincidiendo el giro del sacacorchos con las líneas de fuerza del campomagnético que se forma al paso de la corriente En la figura 46 aparece indicado conflechas el sentido de las líneas de fuerza. Por tanto, a la derecha del dibujo seencuentra el polo norte del imán formado por la corriente continua que atraviesa losconductores

En la espira, toda las líneas del campo magnético que penetran por la misma cara dela superficie, aparecen como magnetizada con polaridad S de un imán; atrayendo a unpolo 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 segundacara norte.

Si se tiene en cuenta el sentido de la circulación de la corriente en la espira, se puededeterminar 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 letrasque coincidan en dirección con la flecha indicadora de la corriente en la espira nos darála polaridad de la cara.

34. SOLENOIDE

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

Figura 48 SOLENOIDE, CARRETE, O, BOBINA

El devanado, compuesto por un número de espiras determinado, se denomina bobinao carrete. Si la bobina está compuesta por espiras rectangulares y en pequeño númerose denomina cuadro.

Un solenoide, por cuyo devanado circula una corriente, equivale a un imán con sus dospolos. Los fenómenos de atracción y de repulsión, se manifiestan cada vez que se hacecircular una corriente por sus espiras.

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

Amperios vueltas = N . I



35. ELECTROIMÁN

Un electroimán es un solenoide devanado sobre un núcleo magnético. El núcleo seimana por inducción. El conductor que se devana, va aislado con esmalte especial; afin de disminuir el grueso del aislante. Entre la carcasa de hierro y el conductor, seinterpone una carcasa aislante (Cartón o PVC.), En la que, después de devanado elconductor, se introduce el núcleo.

Si el núcleo fuese de acero templado, al cesar la corriente, el núcleo queda imanado.Si el núcleo es de hierro dulce, cesa su imantación tan pronto como se interrumpe lacorriente quedando sólo el magnetismo remanente, con tan escasa fuerza que apenasse manifiestan sus efectos.

En la construcción 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 corrientecontinua; Cuando cesa la corriente, el imán permanece imanado.

Figura 49 PARTES DEL ELECTROIMÁN

El electroimán (figura 49), generalmente, presenta dos polos en forma de U. En cadauna de las ramas, también llamadas núcleo, se devana las bobinas B de hilo de cobreaislado; teniendo en cuenta, que cuando se pasa de la primera rama a la segunda, seha de hacer el devanado en sentido inverso, para que la corriente única que circula porel devanado cree los polos N y S..

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

El electroimán atrae a la pieza A o armadura, cuando el electroimán se halladesconectado, entre la armadura y el núcleo existe un espacio e llamado entrehierro.



36. FUERZA MAGNETOMOTRIZ

Se llama fuerza magnetomotriz (f.m.m.) o tensión magnética de una bobina connúcleo, 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 número de amperios vueltas multiplicado por 1'25.

37. APLICACIONES DE LOS ELECTROIMANES

Las primeras aplicaciones son los propios electroimanes; utilizados como grúa (figura50), la bobina queda encerrada dentro de una carcasa; el polo N se sitúa en el centroy el S en la periferia; la bobina queda de esta forma protegida con la coraza que formala carcasa, por ello recibe el nombre de electroimán acorazado.

Figura 50 ELECTROIMÁN ACORAZADO

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

Figura 51 ELECTROIMÁN FRENO



38. RELÉ

La armadura de un relé se asemeja al brazo de una balanza N (figura 52), de modo queéste bascula sobre un eje. Al conectar una corriente continua, entre los puntos 1 y 2,el electroimán E, atrae a su armadura N, venciendo la fuerza del muelle M, o en otroscasos, el de una lámina L. Cuando cesa la corriente, la fuerza del muelle vuelve a laposición inicial la armadura N.

A B 1 2 C

ML

N

E

Figura 52 RELÉ

Solidario con la armadura N, y unido por piezas aislantes, está el doble contacto C; queen el extremo tiene, por la parte superior, y la inferior, una pieza de una aleaciónespecial (pintada de negro en la figura), capaz de resistir las pequeñas chispas que seproducen al cerrar o abrir el circuito de corriente.

Cuando el relé está en reposo; es decir; no hay corriente en la bobina E, existe unacomunicación eléctrica entre los puntos A y C; cuando se excita la bobina, el efectoelectromagnético del carrete atrae al núcleo, abriéndose el contacto A C, y al mismotiempo, cerrándose el contacto B C. Se puede decir del relé, que es igual que unconmutador con mando eléctrico.

Existen relés que actúan a la vez con más de un conmutador, no existiendo en teoríalímite para el número de contactos que han de abrir o cerrar al mismo tiempo.

Figura 53 RELÉ 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 magnético desplaza a los cuerposconstruidos sobre armaduras de hierro, también actúa sobre los conductoreshaciéndoles desplazar siempre en un mismo sentido.

Existe una regla para determinar en que sentido se desplazará un conductor que esrecorrido por una corriente cuando se encuentra dentro de un campo magnético,llamada regla de los tres dedos de la mano izquierda:

Si se coloca la mano izquierda disponiendo que los dedos pulgar, índice y medioformando ángulos rectos entre sí, figura 54, y haciendo dirigir el dedo índice en elsentido del flujo del campo magnético, y el dedo medio en el sentido de l acorriente que recorre el conductor; la dirección del dedo pulgar indicará en quesentido se desplazará el conductor.

Figura 54 REGLA DE LOS TRES DEDOS DE LA MANO IZQUIERDA

40. APLICACIÓN DE LA FUERZA MAGNÉTICA A LOS MOTORES

El motor eléctrico no es más que una masa de hierro inteligentemente dispuestapara que pueda girar sobre sí mismo, sin que se frene por el rozamiento; por elloestá soportado el eje del rotor sobre cojinetes. La parte estática del motor estácompuesta por las bobinas, colocadas convenientemente alrededor de esta masa dehierro.



Cuando se suministra corriente, se producen dentro del motor unas atracciones yrepulsiones electromagnéticas que hacen que el rotor gire en el sentido que se puededeterminar por la regla de los tres dedos de la mano izquierda (figura 55) dando lugaral fenómeno de la conversión de la energía eléctrica en energía mecánica.Representado simbólicamente en la figura 55. La corriente que llega al motor produceel movimiento de la polea del motor

Figura 55 MOTOR ELÉCTRICO

En la figura 56 está representada una parte de un motor, precisamente por donde eneste momento se está ejerciendo la fuerza del campo magnético que hace que losconductores se desplacen hacia la izquierda del dibujo. Lo que da lugar al giro del rotor.

Figura 56 FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LOS CONDUCTORES

41. VELOCIDAD ELÉCTRICA

Hasta ahora se ha considerando que el conductor giratorio se movía en un campomagnético compuesto de un polo Norte y un polo Sur de tal forma que, durante unavuelta completa, es decir, en un giro de 360º geométrico; por tanto, la velocidadmecánica del giro del motor coincide con el ciclo de la corriente.

Pero la inmensa mayoría de las máquinas eléctricas están provistas de varios pares depolos, es decir, son multipolares. En estas máquinas no coinciden los valores de lasvelocidades eléctricas y mecánica.



En la máquina exapolar de la figura 57, el conductor L1 gira en sentido contrario al delas agujas del reloj: Como es fácil comprobar; por cada par de polos se presentan enel 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 producían en unavuelta completa de una máquina bipolar. Exactamente igual ocurre durente el recorridoL2 hasta L3, así como desde L3 hasta L1.

Figura 57 MOTOR DE TRES PARES DE POLOS

Resumiendo cada vuelta completa de 360º, corresponden tantos ciclos eléctricos comopares de polos tiene la máquina. Así, pues, siendo 2p el número de polos de lamáquina, existirá entre las velocidades eléctricas y mecánica la relación:

1 vuelta del conductor = p ciclos eléctricos.

Aumentando el número de polos de un motor se influye en la velocidad del motor de tal maneraque según la fórmula

f pn60

La frecuencia f a que trabaja un motor viene dada por el número de pares de polos p multiplicado por la velocidaddel 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 lafórmula anterior en:

nf

p60



Según esta fórmula la velocidad de giro de un motor no depende en nada del voltaje defuncionamiento, y como el valor de la frecuencia es inalterable, para cambiar lavelocidad de un motor solo se puede hacer, cambiando el número de polos que tieneel motor.

Polos de un motor

Para visualizar mejor los polos de un motor en las figuras 55,56 y 57 se hanrepresentados los polos salientes, como es el caso de los motores de corriente continuay los primeros motores de corriente alterna. Pero en los actuales motores los polos deun motor de corriente alterna, el hierro está formado por ranuras longitudinales, y encada ranura se cola el final de una bobina con el principio de otra bobina (figura 58). Sellama de polos liso. Aunque los polos no permanecen estáticos giran según la posiciónen cada momento de las tres fases.

Figura 58 MOTOR DE DOS PARES DE POLOS

El número de ranuras siempre será múltiplo de tres, puestos que es un motor trifásico.Si el motor fuese de 3.000 revoluciones es porque lleva dos bobinas, una norte y otrasur, por el número de fases serían seis ranuras.

El estator de la figura 58 tiene 12 ranuras lo que permite cuatro bobinas por fase, luegocorresponde 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 lacorriente por cada fase. Observando la figura 60, se ve que en cada instante,representado por líneas perpendiculares, siempre existen dos fases en un mismosentido y la tercera en sentido contario



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

Figura 59 FORMACIÓN DE LOS CUATRO POLOS

La sucesión de fases

Los valores de la tensión de las tres fases están en contante variación, tan prontopredomina una fase sobre las otras, como deja paso a la fase siguiente de estepredominio para inmediatamente volverlo a recuperar hasta 50 veces en un segundo,las líneas verticales de la figura 60 son instantes imaginarios en que puede detenersela sucesión de fases y puede verse que las tres fases cambian constantemente de valorcreciente positivo a valor decreciente, pasando de positivo a negativo, y al mismotiempo, las otras dos fases también cambian.



Este movimiento incansable es lo que produce un campo magnético giratorio dentro delestator, sin que aparentemente no exista movimiento alguno.

Figura 60 LA CORRIENTE TRIFÁSICA 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 dará un valor cambiante alcampo magnético, apareciendo en el estator del motor un campo magnético cuyospolos N y S contantemente giran en un sentido. Cuando se cambian dos fases el girodel campo magnético cambian al contrario, si se cambian las tres fases al mismotiempo, el giro no cambia.

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