Unidad 3. Conmutadores, magnetotérmicos y fluorescentes.
El conmutador.
Lo primero que llamará la atención del conmutador respecto al interruptor es que en lugar de dos conexiones tiene tres. Un conmutador se comporta como dos interruptores con un terminal en común y estados opuestos, es decir cuando uno de los interruptores está abierto el otro está cerrado.
Al terminal común se le llama puente o común y a los otros dos se les llama salidas.
La aplicación más inmediata del conmutador es el punto de luz conmutado, en el que se puede apagar y encender desde dos mecanismos distintos, por ejemplo desde los extremos de un pasillo, o en lugares alejados de una estancia grande.
Hay tres esquemas que cumplen este cometido, a saber:
- montaje corto, el más usado.
- montaje puente, que en principio gasta más cable que el montaje corto por llevar tres cables desde un conmutador hacia el otro y solo dos el corto.
- montaje largo, este último no se realiza en instalaciones nuevas, por no ser idóneo el llevar fase y neutro a las dos salidas de cada conmutador, pero si lo encontraremos en multitud de instalaciones antiguas. Se supone que el montaje corto gasta más cable que el largo.
El conmutador puede sustituir al interruptor usando solo el puente y una salida.
El conmutador de cruzamiento.
El conmutador de cruzamiento o conmutador de cruce tiene cuatro conexiones, en lugar de las dos del interruptor o las tres del conmutador simple.
Podemos nombrar dos de las conexiones como entradas y otras dos como salidas.
La aplicación es para puntos de luz con control de tres, cuatro, o mas sitios. Serán siempre necesarios dos conmutadores simples y el resto de cruzamiento.
El conmutador de cruzamiento puede sustituir al conmutador simple y también por lo tanto al interruptor.
El interruptor magnetotérmico.
Es un elemento de protección de las instalaciones eléctricas, que en principio es un simple interruptor, pero que además se abre en caso de sobrecarga o cortocircuito.
Una sobrecarga es un exceso de corriente (y a la vez de potencia). Cada sección de conductor, está planteada para una determinada intensidad máxima. Si sobrepasamos la intensidad máxima, la parte térmica del interruptor abre el circuito. El tiempo que tarda en abrirse será menor cuanto mayor sea el exceso de corriente.
Internamente la parte térmica del interruptor está constituida por un bimetal, lamina formada por dos metales distintos. Al someterse a una sobrecarga se curvan por la diferencia de coeficientes de dilatación de los dos metales, accionando la apertura del contacto.
Un cortocircuito es un cruce franco entre fase y neutro, o entre fase y fase. Mientras que en la sobrecarga hay una carga cuya resistencia limita la corriente, en el cortocircuito la única resistencia que limita la corriente es la de los cables del suministro, que es muy baja.
Un cortocircuito provoca un pico de intensidad mucho más alto que el de una sobrecarga. En este caso hay una bobina, que atrae a un núcleo y que provoca la apertura del contacto.
El interruptor magnetotérmico es bastante complejo e incorpora:
- una caja de plástico aislante.
- unos contactos o bornes externos con tornillos para fijar los cables.
- El bimetal.
- la bobina.
- la cámara apagachispas.
- la maneta de accionamiento.
- los contactos uno fijo y otro móvil.
Los magnetotérmicos pueden ser unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares.
Por la intensidad a la que se abren por sobrecarga, los hay de 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 y 63 A.
El tubo fluorescente.
Partes del tubo fluorescente:
- el tubo de vidrio cilíndrico.
- los polvos fluorescentes que recubren la cara interna del tubo.
- los terminales de conexión.
- los filamentos tungsteno recubierto de bario o cesio.
- el gas de relleno (argón o neón con algo de mercurio).
El cebador y la reactancia o balasto.
El tubo fluorescente precisa de dos dispositivos externos para poder funcionar:
- La reactancia o balasto, que no es más que una bobina sobre un núcleo de hierro dulce. Se conecta en serie con el tubo.
- el cebador que internamente incorpora un bimetal. Se conecta en "paralelo" al tubo.
Las funciones de la reactancia son dos:
- durante el arranque proporciona un pico de tensión mayor incluso que la tensión de la red, para encender el tubo.
- una vez encendido el tubo, limita la corriente a la intensidad nominal prevista.
Hay reactancias de 18 W, 36 W y 58 W para tubos de 26 mm de diámetro (nuevos) y de 20 W, 40 W y 60 W para tubos de 38 mm (antiguos).
El cebador se usa para el arranque del tubo fluorescente. El tubo, con la reactancia y sin conectar el cebador no arranca espontáneamente.
El cebador internamente son dos laminas metálicas, una de ellas bimetal, en el interior de una ampolla rellena de gas neón a baja presión
Además de tubo, reactancia y cebador, son necesarios elementos de conexión específicos, como son el portacebador y los portatubos.
¿Como funciona un fluorescente?
Antes de cerrar el interruptor la intensidad es cero.
Cuando se cierra como la corriente parte de cero toda la tensión de la red cae en los extremos del cebador.
Esta tensión provoca un arco entre las láminas, que calienta y deforma la lamina bimetal curvándose hasta tocar la lámina fija, momento en que se cierra circuito a través de filamento, cebador, filamento y reactancia.
Los filamentos se calientan y el cesio o bario que los recubre emite electrones.
Como circula corriente la tensión en el cebador desciende y este se abre.
En el instante que se abre el cebador el corte de corriente provoca en la reactancia un pico de tensión que provoca la conducción por el gas argón del tubo.
La radiación que emite el gas es en principio invisible. Luego pasa por el polvo que recubre las paredes del tubo y este lo convierte en luz visible.
La tensión de red queda repartida entre tubo y reactancia. Por curiosidad mide la tensión en la reactancia, la tensión en el tubo y súmulas. Verás que suman más de los 230 V que hay de red. Esto se debe a que las tensiones en tubo y reactancia no están en fase, porque la reactancia no deja de ser una bobina. Las tensiones se deben sumar vectorialmente y no como simples números.
Factor de potencia.
Pese la mejor eficiencia lumínica de los fluorescentes, estos presentan un inconveniente, la reactancia, (bobina) retrasa la intensidad respecto a la tensión. A la compañía eléctrica le interesa suministrar intensidad y tensión en fase y a las instalaciones con gran cantidad de tubos fluorescentes les instala un contador de reactiva, para penalizar el desfase.
Para corregir esto al conjunto tubo + reactancia se le conecta en paralelo un condensador cuyo valor esta indicado en la reactancia. Es importante que el interruptor desconecte tanto el tubo, como el condensador.
Lámparas fluorescentes compactas.
Una lampara fluorescente compacta de casquillo tiene una ventaja sobre los tubos fluorescentes que es la facilidad para cambiarlas, en el tubo hay varios elementos sujetos a desgaste y a veces es complicado atinar a cambiar el que está deteriorado. En la lámpara compacta no hay problema porque es un "todo en uno". Las lámparas compactas se han introducido con rapidez porque tienen mejor eficiencia luminosa que las lámparas de filamento, mayor duración (*) y unos precios cada vez más asequibles. Las primeras lámparas compactas usaban una reactancia convencional integrada, pero en la actualidad todas llevan un circuito electrónico que las hace trabajar en frecuencias altas, eliminando el parpadeo que tienen los tubos clásicos.
(*) Duración de las fluorescentes.
Sobre la duración de los fluorescentes sean tubos o compactas hay que especificar que aunque duren hasta 8000 horas (las de filamento solo 1000), la duración se ve afectada por el número de arranques, mientras que a las de filamento esto no les afecta. En general usaremos fluorescentes en iluminación de escaparates, comercios, fábricas, y sitios donde se se ilumine de forma continua durante bastantes horas al día. En cambio en lugares que se enciende de forma puntual y se apaga en seguida (por ejemplo en las luces de escalera) no compensa usar fluorescentes y se emplean lamparas de filamento. En la wikipedia habla que el tiempo de vida del fluorescente depende más de el número de encendidos, que de las horas de funcionamiento.
Parpadeo.
La iluminación fluorescente tradicional genera parpadeo, o sea que se ilumina a impulsos de 50 Hz que son perceptibles y causan fatiga visual. Para evitarla existen los llamados balastos electrónicos.
CUESTIONARIO.
CUESTIONARIO.
- Dibuja los símbolos funcionales del conmutador simple y del de cruzamiento, indicando en el simple el nombre de sus conexiones.
- Siete elementos del interruptor magnetotérmico.
- Diferencia entre sobrecarga y cortocircuito.
- Intensidades de los magnetotérmicos.
- Nombra cinco elementos en una instalación fluorescente clásica.
- Dibuja el esquema funcional de conmutada corta.
- Dibuja el esquema funcional de conmutada larga.
- Dibuja el esquema funcional de conmutada puente.
- Dibuja el esquema funcional de conmutada desde tres puntos.
- Horas de duración de un fluorescente. Otro factor que influye en la duración.
- Efectos del parpadeo de la luz fluorescente.
- ¿Para que se instala un condensador en paralelo con el conjunto tubo + reactancia?
- Ventajas de las fluorescentes compactas sobre los tubos tradicionales.
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