01 Electricidad Alumbrado Electromagnetismo

TEMA 1ALUMBRADO ARTIFICIALY ELECTROMAGNETISMO

Indice

1. La luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3. Curva de sensibilidad del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4. Rapidez de percepcin visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5. Fuentes de luz artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6. Lamparas de filamento incandescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7. Particularidades de las lmparas 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 emisin de luz de los tubos fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615. Aplicaciones especiales de los tubos fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1716. Reactancia para tubo fluorescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1917. Cebador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1918. Particularidades fsicas de los tubos fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2019. Lamparas ahorradoras de energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 metlicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2925. Lampara de descarga de xenn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3026. Nuevas tcnicas en la fabricacin de lamparas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3127. Electromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3328. Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3329. Campo magntico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3430. Accin mutua de los imanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3531. Sentido de las lineas de fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3632. Electromagnetismo producido por una corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3733. Espira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3834. Solenoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4035. Electroimn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4136. Fuerza magnetomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4237. Aplicaciones de los electroimanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4238. Rel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4339. Sentido de la f.e.m. ejercida sobre u conductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4440. Aplicacin de la fuerza magnetomotriz a los motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4441. Velocidad elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Curso Virtual: Electricidad industrial

Mdulo 2. Tema 1 Alumbrado Artificial y Electromagnetismo Pgina 1 de 49

TEMA 1

ALUMBRADO ARTIFICIAL Y ELECTROMAGNETISMO

1. LA LUZ

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

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

90

101010

10

1010 101

10

2104

6

-2

-4-6

-8

-10-12

RAYOSCSMICOS

RAYOSGAMMA

RAYOSULTRAVIOLETAS

RAYOS X

LUZ RAYOSINFRAROJOS

RAYOSELECTRICOS(ONDASDE RADIOYTV)

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 (figura2) por medio de reflexin, refraccin o difusin.

REFLEXIN

DIFUSINREFRACCINFigura 2 MODIFICACIN DEL RAYO DE LUZ

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

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 7600Angstrm (rojo) a 3800 Angstrm (violeta) (figura 5). Entre estos lmites se hallanlas longitudes de onda que el ojo distingue.

La temperatura de color es un trmino empleado para describir el color de una fuentede luz por comparacin 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 -273 Centgrados.

Por ejemplo; la luz de un tubo fluorescente color "blanco" es similar a la luz de uncuerpo negro a la temperatura de 3500 K., y, por tanto, se dice que el tubo tiene uncolor de 3500 K. La luz de un tubo fluorescente "luz de da" es ms azulada, y paraigualar 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 25.00015.000

.10.000 8.000

. CIELO CUBIERTO 6.500 TUBO FLUORESCENTE LUZ DA

.SOL DE MEDIODA 5.000 LMPARA PARA FOTOGRAFA (FOCO)

.

.

. 4.000 LMPARA DE CRISTAL AZUL 3.800 LMPARA DE DESTELLO PARA

SOL UNA HORA DESPUS DE SALIR

O ANTES DEL OCASO.

. ARCO VOLTAICO.

3.600 TUBO FLUORESCENTE BLANCO

.

3.400 LAMPARA INCANDESCENTE.

SOL MEDIA HORA DESPUS DE

O ANTES DEL OCASO.

.

2.400 LLAMA DE ACETILENO

.

.2.200 LLAMA DE GAS

.2.000

SALIDA O PUESTA DEL SOL. . LLAMA DE BUJA80

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, refirindonos a las personas, los experimentos demuestranque 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 Angstrmsu percepcin 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 prcticas de alumbrado el efecto psicolgico de la luzde color puede influir en el individuo y en algunas ocasiones ser ms convenienteemplear 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 visualno es inmediata. Por lo tanto; si se expone el ojo a una fuente de luz que vararpidamente de intensidad, la persistencia de la percepcin visual en algunos casosimpide 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 estefenmeno sin ocasionar dao permanente en los ojos.

La variacin a la frecuencia de 50 ciclos por segundo no la percibe el ojo y enapariencia no produce variacin en la luminosidad en las lmparas incandescentes;pero, en la de descarga gaseosa y los tubos fluorescentes producen ciertavacilacin o parpadeo llamado efecto estroboscpico. 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 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 luzcuando el sol desaparece en el horizonte.

Para convencernos de esto basta con recordar que a principio del siglo XIX, casi noexista 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 lmparas incandescentes, enlos Estados Unidos de Amrica del Norte, T. Edison, no slo descubri la lmpara sinoque tambin tuvo que demostrar, iluminando l mismo una pequea ciudad, que elalumbrado 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 laCapital de Francia, el sobrenombre de ciudad de la luz, ya que por primera vez seilumin toda una gran ciudad y sus monumentos con luz elctrica. Ms tarde losmovimientos culturales de la poca, extenderan este concepto a lo cultural, locual no contradice del primer concepto.



6. LMPARAS DE FILAMENTO INCANDESCENTE

La incandescencia es el fenmeno que se observa al someter un cuerpo alaumento de temperatura hasta el punto que desprenda luz. En esto momento sedice que le cuerpo est 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 descubri Edison. Para ello encerr dentro de una ampolla de vidrio un filamentode carbn y extrajo el aire del interior. Al no existir oxgeno el filamento no sefunda, la cantidad de luz emitida por estas lmparas era suficiente para iluminar suentorno, 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 elinterior de la ampolla se introduce un gas noble, que permite una corriente refrigeranteque enfran el filamento, alargando su vida y permitiendo temperaturas que sobrepasanlos 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 dicroicode cuarzo yodo

4 Seta 5 Espejada(Cebolla)

6 Globo

7 Esfrica 8Pebetero

9 Tubular 10 Tubo 11Cuadrada

12 Vela 13 Velarizada

14 Cnica

15 Linterna 16 De gotade lente

17 Piloto 18Micro lmpara-sin casquillo-

19 Sofito 20 Softonedos

casquillos

21 Softoneun casquillo

central

22Portalmpar

a Softone

23 Lmpara linealcuarzo yodo larga

25 Lmpara lineal cuarzoyodo corta

24 Lmpara lineal cuarzo yodo con latiguillos

26 Lmpara cuarzoiodo con reflector

dicroico

27 Cuarzoiodo sinpatillas

28 bi-pin

29 Cuarzo yodointercambiable

30 Cuarzo yodointercambiable

tubular

31 Par de vidrioprensado

32 Cnica debajo voltaje



Figura 7 DISTINTAS FORMAS DE LA AMPOLLA



9. ACABADOS

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

Hoy da entre formas, acabados, potencias y voltajes existen en el mercado ms de40.000 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 roscay los de bayoneta; los de bayonetas se aplican a todos los lugares sometido a vibracinque puede hacer, que por el efecto del movimiento, se desenrosque la lmpara. En losdems 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 GFigura 9 CASQUILLOS

La gama actual de casquillos es enorme, sobrepasando el centenar. Dividindolo porgrupos 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 mquinay que se fabrican exclusivamente para ella, incluso dndose a veces, el caso que tanslo la construye un slo fabricante.



Figura 11 LMPARAS SIN CASQUILLOS

11. LMPARAS DE HALGENAS

Son lmparas de filamento incandescente, a las que le han incorporado, adems delnitrgeno y el argn, gases halgenos de yodo y bromo; lo que da lugar a un fenmenollamado ciclo del halgeno, que consiste ste en la combinacin con los tomos deltungsteno o volframio desprendido del filamento que se depositan en los puntos mscalientes del filamento, con lo que se autorregenera el filamento constantemente,resultando una mayor vida de la lmpara. Para que esta reaccin se produzca hacefalta una elevada temperatura del filamento y que las paredes del bulbo se encuentrenlo ms cerca posible de ste.

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

El portalmpara est sometido a una alta temperatura, por lo que se construyen decermica y los conductores con revestimiento anticalrico.



Ventajas

Reducido tamao

Menor consumo para una misma cantidad de luz

Temperatura del color alta 3.000 K

Mayor duracin (3.000 a 5.000 horas), las sobretensiones y una ventilacin 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 proteccin, no antes)

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

La alta luminiscencia, produce deslumbramientos si los ngulos de visin no son losadecuados.

La mayora de estas lmparas funcionan a pequeas tensiones, por lo que espreciso utilizar trasformadores.

Producen una importante radiacin 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 lmpara, o en la luminaria quela he de contener.

Utilizacin

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, fotografa y teatro.Hoy da, tambin se utilizan como sustitucin de las lmparas 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 l (figura 13), de mayor omenor dimetro, con apertura de has de luz que oscila entre los 3 y los 30



Una de las innovaciones que ms repercusin ha tenido en el alumbrado moderno deinteriores, ha sido la unin de la lmpara halgena y el reflector de vidrio conrevestimiento de capa fina dicroica (esta capa refleja la luz blanca hacia delante ydeja pasar luz ultravioleta hacia atrs).

Figura 12 LMPARA HALGENA DICROICA

El voltaje de funcionamiento ms comn es 12 voltios pero tambin se fabrica en 13'8,8, y 30 voltios

Figura 13 LMPARA HALOGENA BI-PIN

El tamao de lmparas bi-pin oscila entre 25 y 60 mm de largo incluyendo loscontactos, el filamento puede estar en posicin 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 lmparas pin)

Figura 14 LMPARA HALGENA LINEAL

Las lmparas halgenas de cuarzo yodo lineal tienen posicin de funcionamiento,deben trabajar en posicin horizontal, con un ngulo mximo de inclinacin de 15 C



12. LMPARA HALGENA INTERCAMBIABLE CON LAS INCANDESCENTES

Son halgenas con una doble envoltura de cristal normal, lo que permite manejarla igualque una lmpara 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 lmpara normal, a no ser que est bienventilada, y de que el plstico no forme parte de la luminaria.

Figura 15 DIVERSAS LMPARAS HALGENAS 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 qu es un montaje de lmpara fluorescente. En lneas generales,consta de un tubo de vidrio de calidad especial hermticamente cerrado, en el quepreviamente 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 varevestida con una capa de un compuesto qumico fluorescente. En el interior del tubose introduce cierta cantidad de gas argn y una pequea cantidad de mercurio.

Los dos filamentos, colocados en ambos extremos del tubo, estn recubierto de unasubstancia que por la accin del calor, emiten con facilidad electrones. Delantedel filamento se coloca una pantalla, conectada elctricamente con el filamento: estohace que, un filamento acte como un ctodo; y el otro, como un nodo; los electronesque son desprendidos del ctodo, son atrados por el nodo produciendo un arcoelctrico. 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 calorsuficiente para vaporizar rpidamente 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 EMISIN DE LUZ DE LOS TUBOS FLUORESCENTES

La descarga elctrica produce principalmente rayos ultravioletas y algo deradiaciones visibles verdes y azules. La misin del compuesto qumico con que serecubren las paredes del tubo es la de absorber la radiacin que se produce por laevaporacin del mercurio y convertirla en luz. Gracias a las mezclas de polvos defsforos, 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 seusa, 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 usosespeciales, destinadas no a producir colores; para decoracin, o para la iluminacin;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 aplicacin en discotecas, anlisis y deteccin, industria azucareratextiles 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 aireacondicionado; se hace de forma que sus rayos no puedan ser emitidos al exterior, yaque una exposicin prolongada puede ser perjudicial y producir conjuntivitis o eritemasen la piel. Se utiliza mucho en hospitales, cmaras frigorficas, almacenes de queso,industria farmacuticas, lecheras, destileras de cerveza y centros de investigacionesbacteriolgicas.

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 tienenlos 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 dehierro, de construccin en forma particular. La finalidad de la reactancia es triple.

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

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

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

NOTA: De aqu que en los tubos fluorescentes no se especifique la tensin de trabajo, es la reactancia la que sefabrica de distintos voltajes de red, sirviendo el tubo lo mismo para un voltaje de lnea que para otro, ya que es lareactancia, 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 originapor la combinacin 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 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 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 tensindel 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 continuar funcionando sin variacin; pero, si se apaga no volver a encenderhasta 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 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 alumbradopblico

19. LMPARAS AHORRADORAS DE ENERGA

En la actualidad se fabrican tubos fluorescentes de pequeo consumo, en forma delmpara, en los que la reactancia y el cebador estn integrados dentro del conjunto ydispone de una rosca E-27 y an E-14; con lo que nada ms que hace falta enroscarlaen el portalmpara en sustitucin de la lmpara incandescente. La cantidad de luz deun tubo fluorescente de 7 W es similar al de una lmpara de 60 W, y su vida mediaes mayor; de aqu, 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 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 fluorescentessiendo posibles algo que antes no se poda, como conectar los tubos a la corrientecontinua, incluso a pequeas tensiones. La reactancia ya no existe en las lmparas deahorro de energa. La electrnica tambin se aplica para disminuir la cantidad deiluminacin mediante reguladores. Este tipo de reactancias (llamadas balastros), semuestran en la figura 26, suelen ser mucho ms largas que las reactancias normalesy 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 electrnicaviene pintado el esquema de conexin. En la figura 26, se ven estos esquemas algoconfuso y en la figura 27, puede observarse incluso reactancias para ms de un tuboa 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 laradiacin por temperatura, base de estas lmparas; se obtiene espectro continuos, conradiaciones 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 latensin adecuada, una ionizacin de la mezcla gaseosa, vaporizndose el mercurioy dando inicio a la descarga elctrica entre ctodos. Esta descarga en forma dearco, 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 5y 6 minutos.

El quemador est encerrado dentro de una ampolla de cristal transparente, o tratadointeriormente con materias fluorescentes, los extremos del quemador unidos conlminas 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 defilamento. No obstante la enorme ventaja que proporcionan esta lmpara, sin embargo,no est hecha para sustituir a las lmparas incandescentes que siguen teniendosu campo de aplicacin propio. Las lmparas de descarga estn diseadas paraalumbrado de grandes espacios abiertos, especialmente para alumbrado decarreteras, 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 lalmpara, por la accin de la descarga y el aumento de la temperatura. Esta tensinpodra aumentar de forma indefinida la cantidad de corriente, que conducira casi deinmediato 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 cadalmpara. El uso de reactancia obliga a su vez, a utilizar condensadorescorrectores 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 deultravioleta, recubriendo la ampolla con fsforo, 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 lmparas a grandes espacios en los que no espreciso un alto nivel cromtico

LMPARA 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 visin,aunque el rendimiento luminoso sea un 2'5 % menor. Estas lmparas reciben el nombrede 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, presentanforma 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 sedeposita 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 equipoauxiliar para limitar la corriente que circula por el circuito, siendo las caractersticas deesta reactancia adecuadas a la lmpara.

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

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 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 ms fras del tubo. De estaforma, 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 cantidadde sodio. En los finales del tubo, como sta es una lmpara de ctodo caliente, seinsertan unos ctodos caliente, se insertas unos electrodos de triple espiral detungsteno, 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 protuberanciasde 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 detransformador recibe el nombre de reactancias de fugas, ya que una vez encendidoacta como una reactancia que controla la corriente del arco.

Durante el proceso de arranque, el nen y el argn 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 lmpara 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 visin de lo que los volmenes que estniluminados 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 volmenes si aparecen con ms nitidez, aunque se puedan confundir loscolores.

El rendimiento luminoso es similar al de tres lmparas de vapor de mercurio dela 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 dimensionesde la lmpara son bastante importantes segn puede verse en el cuadro resumensiguiente

Potencia

W

Flujo

luminoso

Dimetro

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 ms destacada de estas lmparas es su elevadsimo rendimiento, flujoluminoso del 95 % durante toda su vida til es la solucin ms ventajosa alalumbrado pblico. Son lmparas que tienen posicin de uso, es decir, no funcionanen cualquier postura.

Lampara de vapor de sodio de alta presin

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

El sistema de encendido es an ms complejo, precisa de una reactancia y unignitor, que proporciona pulsos de aproximadamente 4.000 V. para iniciar el arcoen el xenn, que desencadene la evaporacin del mercurio y el sodio. Este perodode 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 elconsumo 130 lmenes por vatio, y una temperatura del color de 2.500 K.

Se fabrica en formato tubular y elipsoidal, aunque presenta un inconveniente muyimportante: 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 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 lmpara. La ampolla exterior de la lmparatiene una capa interior correctora, que mejora la reproduccin de la luz de ambasfuentes siendo el resultado una luz difusa, pocos minutos despus de encendida lalmpara, las dos fuentes alcanzan su rendimiento ptimo.

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 nica que tiene posicin de funcionamiento, las otras dosfunciona 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 elementosen minsculas cantidades, especialmente el talio, indio, iridio y escandio, adems delos metales como el mercurio y el sodio.

La construccin de estas lmparas es muy variada, con una mltiple variedad deformas, 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 enampolla oval, lo que hace que se puedan utilizar en sustitucin de las lmparas devapor 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 dealta presin.

Figura 33 LMPARAS DE HALOGENUROS METLICOS

25. LMPARAS DE DESCARGA DE XENN

Se emplean principalmente en proyectores de muy alta potencia como aparatos dediscotecas, 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 cualproporciona un alto flujo luminoso que va desde los ultravioletas al infrarrojo, con unhas de luz similar a del sol.

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

Tiene forma lineal, con electrodos diametralmente opuestos (figura 34). Un ctodopequeo y un nodo grande. Estas lmparas operan con un complejo sistema dealimentacin 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 lmparas pueden tener el mismoprecio que un coche pequeo, y el peso del alimentador es tanto que necesita unaremolque 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 laconstruccin de lmparas de cuarzo con gas xenn, 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 lmparas de mercurio de 100.000 vatios, utilizada paraacelerar los cambios qumicos.

Paralelamente a estos logros; en los tubos fluorescentes, se sigue investigando con elfin de aumentar el rendimiento lumnico 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 caracterstica msimpresionante es la duracin que llega a un mnimo de 33.000 horas defuncionamiento, casi cuatro aos de funcionamiento permanente. Esto ha sidoposible gracias a la utilizacin del volframio puro, el gas Kriptn y cinco tipos defsforos, cuya combinacin reproduce un espectro equilibrado de los colores del arcoiris.

Todo lo anterior se consigue por el inters de la NASA en reproducir, dentro de lascpsulas espaciales, la luz artificial ms parecida a la luz natural en beneficio de losastronautas y productos transportados, como plantas y animales. La iluminacin nosolo ha de alumbrar sino que la fluorescencia ha de ser capaz de que se realicela fotosntesis en las plantas y las reacciones hormonales en los seres vivos, tannecesarias 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 tambinprolonga la vida media de estas; as, se consiguen lmparas incandescentes de12.000 horas de funcionamiento y en lmparas de descarga se ha llegado a las27.000 horas de vida media. Otra ventaja fundamental que aportan estas nuevastcnicas de fabricacin, es el mantenimiento del flujo luminoso. En las lmparasconvencionales, a mitad de su vida, la cada del flujo es del orden del 50 %; enestas nuevas lmparas al 90 % de su vida til, el rendimiento luminoso tan solodecae un 20 %.

Naturalmente todas estas ventajas repercuten en el precio del producto elaborado, porlo que estas lmparas se venden con una garanta de horas de uso, para ello elfabricante 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 5.500grados Kelvin, le hace lo ms parecida a la luz natural, por lo que se ven los colorestal como son y sin distorsin, 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, pudindose reducir elnmero 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 fenmenosmagnticos cuyo conocimiento es imprescindible conocer, debido, a la gran importanciaque representan estos fenmenos en la generacin de corriente, su transporte y lautilizacin.

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 elElectromagnetismo.

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 ningnproceso industrial. El mineral que posee la propiedad de atraer al hierro sedenomina magnetita o piedra imn.

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

Lo imanes artificiales pueden ser temporales o permanentes.

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



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

N

S

EO

NE

SE

NO

SO

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 limadurasde hierro. Las partculas de hierro se alinean en infinidad de lneas que tienden aestablecer un sin fin de puentes entre el polo norte y el polo sur del imn. La formacaracterstica que presentan las limaduras de hierro ser similar a la del dibujo de lafigura 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 accinnula 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 giraorientndose siempre en una misma direccin. Se puede sealar la punta quesiempre 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 puedenobservar los siguientes comportamientos:

1. Dos polos del mismo nombre se repelen entre s

NSSN

N SS N



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 unosolo.

N S4. 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 basede observar los efectos producidos. Para facilitar el estudio, se supone tericamenteque 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 campomagntico creado por un imn, salen del polo Norte y despus de un recorridopor el especio exterior, vuelven a entrar en el imn por su polo Sur, y que por elinterior del imn lo hace de Sur a Norte (figura 41).

NS 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 campomagntico, similar al de un imn. Esto es fcil de comprobar; simplemente con repetirel experimento de echar limaduras sobre una cartulina colocada inmediatamenteencima de una bobina: Si la bobina est desconectada, en las limaduras de hierro nose aprecia variacin, se quedan tal como cayeron; tan pronto como se somete a tensinla bobina, las limaduras sobre la cartulina forman de inmediato la misma forma que ladel imn permanente (figura 42). Cuando de desconecta la bobina, las limaduras dehierro 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, laaccin de este imn aumenta cuando en el interior de la bobina se introduce unncleo 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). Loselectroimanes son imanes artificiales que tan slo produce efectos magnticoscuando por su bobina circula corriente, cuando cesa la corriente cesan losefectos 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 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 ELECTROMAGNTICO

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

En la espira, toda las lneas del campo magntico que penetran por la misma cara dela superficie, aparecen como magnetizada con polaridad S de un imn; 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 circulacin 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 direccin con la flecha indicadora de la corriente en la espira nos darla 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 bobinao carrete. Si la bobina est compuesta por espiras rectangulares y en pequeo nmerose denomina cuadro.

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

Si N es el nmero 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. ELECTROIMN

Un electroimn es un solenoide devanado sobre un ncleo magntico. El ncleo seimana por induccin. 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 (Cartn o PVC.), En la que, despus de devanado elconductor, 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 lacorriente quedando slo el magnetismo remanente, con tan escasa fuerza que apenasse 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 corrientecontinua; 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 cadauna de las ramas, tambin llamadas ncleo, 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 nica que circula porel 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 halladesconectado, 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 conncleo, 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 (figura50), la bobina queda encerrada dentro de una carcasa; el polo N se sita 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 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 queste 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 otroscasos, el de una lmina L. Cuando cesa la corriente, la fuerza del muelle vuelve a laposicin inicial la armadura N.

A B 1 2 C

ML

N

E

Figura 52 REL

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

Cuando el rel est en reposo; es decir; no hay corriente en la bobina E, existe unacomunicacin elctrica entre los puntos A y C; cuando se excita la bobina, el efectoelectromagntico del carrete atrae al ncleo, abrindose el contacto A C, y al mismotiempo, cerrndose el contacto B C. Se puede decir del rel, que es igual que unconmutador con mando elctrico.

Existen rels que actan a la vez con ms de un conmutador, no existiendo en teoralmite 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 cuerposconstruidos sobre armaduras de hierro, tambin acta sobre los conductoreshacindoles desplazar siempre en un mismo sentido.

Existe una regla para determinar en que sentido se desplazar un conductor que esrecorrido 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 medioformando ngulos rectos entre s, figura 54, y haciendo dirigir el dedo ndice en elsentido del flujo del campo magntico, y el dedo medio en el sentido de l acorriente que recorre el conductor; la direccin del dedo pulgar indicar en quesentido 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 dispuestapara que pueda girar sobre s mismo, sin que se frene por el rozamiento; por elloest soportado el eje del rotor sobre cojinetes. La parte esttica del motor estcompuesta por las bobinas, colocadas convenientemente alrededor de esta masa dehierro.



Cuando se suministra corriente, se producen dentro del motor unas atracciones yrepulsiones electromagnticas 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 fenmeno de la conversin de la energa elctrica en energa mecnica.Representado simblicamente en la figura 55. La corriente que llega al motor produceel movimiento de la polea del motor

Figura 55 MOTOR ELCTRICO

En la figura 56 est representada una parte de un motor, precisamente por donde eneste momento se est ejerciendo la fuerza del campo magntico que hace que losconductores 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 campomagntico compuesto de un polo Norte y un polo Sur de tal forma que, durante unavuelta completa, es decir, en un giro de 360 geomtrico; por tanto, la velocidadmecnica del giro del motor coincide con el ciclo de la corriente.

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



En la mquina exapolar de la figura 57, el conductor L1 gira en sentido contrario al delas agujas del reloj: Como es fcil 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 producan en unavuelta completa de una mquina bipolar. Exactamente igual ocurre durente el recorridoL2 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 comopares de polos tiene la mquina. As, pues, siendo 2p el nmero de polos de lamquina, 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 maneraque segn la frmula

f pn60

La frecuencia f a que trabaja un motor viene dada por el nmero 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 lafrmula anterior en:

nf

p60



Segn esta frmula 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 nmero 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 est 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 estticos giran segn la posicinen 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 otrasur, por el nmero de fases seran 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 lneas perpendiculares, siempre existen dos fases en un mismosentido 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 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 actan 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 FORMACIN DE LOS CUATRO POLOS

La sucesin de fases

Los valores de la tensin de las tres fases estn en contante variacin, 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 lneas verticales de la figura 60 son instantes imaginarios en que puede detenersela sucesin 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 tambin cambian.



Este movimiento incansable es lo que produce un campo magntico giratorio dentro delestator, 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 alcampo magntico, apareciendo en el estator del motor un campo magntico cuyospolos N y S contantemente giran en un sentido. Cuando se cambian dos fases el girodel campo magntico cambian al contrario, si se cambian las tres fases al mismotiempo, el giro no cambia.

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