Las lámparas fluorescentes

En la actualidad las lámparas fluorescentes se han convertido en el medio de iluminación más usado en todo el mundo. 
La tecnología más antigua de las lámparas fluorescentes es el encendido por precalentamiento, que, aunque la tecnología ha avanzado mucho, sigue siendo el tipo más utilizado.

Los principales componentes de un fluorescente son: Tubo de descarga, Casquillo con filamentos, Cebador y Reactancia.


Tubo de descarga:
Como su nombre indica, es un tubo de vidrio y su longitud depende de la potencia  que pueda desarrollar la lámpara.
El diámetro de dicho tubo se ha establecido en 25.4mm, lo equivalente a una pulgada.

La capa interior del tubo se encuentra recubierta por una capa fosforescente, cuya misión es convertir los rayos ultravioleta que se generan, y que no son visibles para el ojo del ser humano, en en radiaciones de luz visibles. En este proceso también tiene su papel un gas, el Argón, y en algunos caso, una pequeña parte de mercurio líquido.
El Argón controla el flujo de electrones que atraviesa el tubo. 


Casquillos con filamentos:
La mayoría de los tubos fluorescentes rectos poseen en cada uno de sus extremos un casquillo con dos patillas o pines de contactos eléctricos externos, conectadas interiormente con los filamentos de caldeo o de precalentamiento. Estos filamentos están fabricados con metal de tungsteno, recubiertos de calcio (Ca) y magnesio (Mg), y su función principal en los tubos de las lámparas fluorescente es calentar previamente el gas argón que contienen en su interior para que se puedan encender.
El recubrimiento de calcio y magnesio que poseen los filamentos facilita la aparición del flujo de electrones necesario para que se efectúe el encendido de la lámpara. En medio de ese proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, a través de los cuales se establece ese flujo de corriente o de electrones.


Cebador:
Las lámparas fluorescentes por precalentamiento utilizan un pequeño dispositivo durante el proceso inicial de encendido llamado cebador o encendedor térmico. 

Este dispositivo se compone de una lámina bimetálica encerrada en una cápsula de cristal rellena de gas neón (Ne). Esta lámina tiene la propiedad de curvarse al recibir el calor del gas neón cuando se encuentra encendido con el objetivo de cerrar un contacto que permite el paso de la corriente eléctrica a través del circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador.
Conectado en paralelo con la lámina bimetálica, se encuentra un capacitor antiparasitario, encargado de evitar que durante el proceso de encendido se produzcan interferencias audibles a través del altavoz de un receptor de radio o ruidos visibles en la pantalla de algún televisor que se encuentre funcionando próximo a la lámpara.

Otra variante de lámpara fluorescente es la de encendido rápido, que no requiere cebador, pues los electrodos situados en los extremos del tubo se mantienen siempre calientes.

Otras lámparas poseen encendido instantáneo y tampoco utilizan cebador. Este tipo de lámpara carece de filamentos y se enciende cuando se le aplica directamente a los electrodos una tensión o voltaje mucho más elevado que el empleado para el resto de las lámparas fluorescentes.

Por otra parte, en la actualidad la mayoría de las lámparas fluorescentes de tecnología más moderna sustituyen el antiguo cebador por un dispositivo de encendido rápido, mucho más eficiente que todos los demás sistemas desarrollados anteriormente, conocido como balasto electrónico.

Ractancia o Balasto:
Voy a exponer el balasto electromagnético, que fue el primero en ser utilizado para lámparas fluorescentes. Consta de un transformador de corriente o reactancia inductiva, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Los balastos de este tipo constan de las siguientes partes:

Núcleo. Parte fundamental del balasto. Lo compone un conjunto de chapas metálicas que forman el cuerpo o parte principal del transformador, donde va colocado el enrollado de alambre de cobre. Carcasa. Envoltura metálica protectora del balasto. Del enrollado de los balastos magnéticos comunes salen dos o tres cables (en dependencia de la potencia de la lámpara), que se conectan al circuito externo, mientras que de los balastos electrónicos salen cuatro. Sellador. Es un compuesto de poliéster que se deposita entre la carcasa y el núcleo del balasto. Su función es actuar como aislante entre el enrollado, las chapas metálicas del núcleo y la carcasa. Capacitor o filtro. Se utiliza para mejorar el factor de potencia de la lámpara, facilitando que pueda funcionar más eficientemente.

Desde el punto de vista de la operación de la lámpara fluorescente, la función del balasto es generar el arco eléctrico que requiere el tubo durante el proceso de encendido y mantenerlo posteriormente, limitando también la intensidad de corriente que fluye por el circuito del tubo. Los balastos magnéticos de uso más extendidos se fabrican para que puedan trabajar conectados a una línea de suministro eléctrico de 110 ó a una de  220 voltios de tensión de corriente alterna y 50 ó 60 hertz (Hz) de frecuencia. El empleo de uno u otro tipo depende de las características específicas del suministro eléctrico de cada país. De acuerdo con la forma de encendido de cada lámpara, así será el tipo de balasto que utilice. Las formas de encendido más generalizadas en los tubos de lámparas fluorescentes más comunes son los siguientes:

• Por precalentamiento (El sistema más antiguo)
• Rápido
• Instantáneo
• Electrónico (El sistema más moderno)

Funcionamiento de un fluorescente:

1. Cuando activamos el interruptor de una lámpara de luz fluorescente que se encuentra conectada a la red doméstica de corriente alterna, los electrones comienzan a fluir por todo el circuito eléctrico, incluyendo el circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador.
   
   
2. El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda. El calor que produce el gas neón encendido hace que la plaquita bimetálica que forma parte de uno de los dos electrodos del cebador se curve y cierre un contacto eléctrico dispuesto entre ambos electrodos.
   
   
3. Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente eléctrica necesario para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón.
   
   
4. Los filamentos de tungsteno encendidos provocan la emisión de electrones por caldeo o calentamiento y la ionización del gas argón (Ar) contenido dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente, se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el interior del tubo, entre un filamento y otro.
   
   
5. La plaquita bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto entre los dos electrodos. De esa forma el flujo de corriente a través del circuito en derivación se interrumpe, provocando dos acciones simultáneas:
   a. Los filamentos de la lámpara se apagan cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el circuito en derivación.
   b. El campo electromagnético que crea en el enrollado del balasto la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se genere una fuerza contraelectromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta desde un extremo a otro del tubo valiéndose de los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara.
   
   
6. Bajo estas nuevas condiciones, la corriente de electrones, que en un inicio fluía a través del circuito en derivación de la lámpara donde se encuentra conectado el cebador, comienza hacerlo ahora atravesando interiormente el tubo de un extremo a otro, valiéndose de los dos electrodos.
   
   
7. La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo provoca que los electrones comiencen a chocar con los átomos del gas argón, aumentando la cantidad de iones y de electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que permite que estos se muevan de un extremo a otro del tubo.
   
   
8. Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los átomos de mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo, que han pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos electrones dentro del tubo. Los choques de los electrones libres contra los átomos de mercurio excitan a sus electrones haciendo que liberen fotones de luz ultravioleta.
   
   
9. Los fotones de luz ultravioleta, invisibles para el ojo humano, impactan a continuación contra la capa de fósforo (P) que recubre la pared interior del tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos fósforo (P), los que emiten, a su vez,  fotones de luz visible, que hacen que el tubo se ilumine con una luz fluorescente blanca.
   
   
10. El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hace que estos se mantengan calientes (a pesar de que los filamentos se encuentran ya apagados). Mantener caliente esos dos electrodos se hace necesario para que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga. De esa forma, tanto el ciclo de excitación de los átomos de vapor de mercurio como el de los átomos de fósforo dentro del tubo continúa, hasta que activemos de nuevo el interruptor que apaga la lámpara y deje de circular la corriente eléctrica por el circuito.

 

Galería ciega

La Galería Ciega que vamos a hacer consiste en un circuito para pasillos, por ejemplo de forma que tienes tres lámpara y a medida que pasas apagas la luz tras de ti y enciendes la que viene a continuación, pulsando un solo interruptor (o un conmutador).
El circuito se compone de un enchufe, un interruptor, dos conmutadores y tres lámparas.
De nuevo, y como siempre, nos dividimos el trabajo.
En este me inspiro el hacerlo ordenado y que quedara mas o menos simétrico, así que decidí que yo haría una conexión menos, bueno Iván tambien hizo una menos, pero yo me encargaría de la colocación de los dispositivos.
Terminamos el proyecto relativamente rápido, de hecho el grupo de Abel nos dijo que no lo habíamos desmontado, solo cambiado las conexiones... pero bueno.
Al segundo día estaba terminado y nos metimos en la sal de ordenadores a actualizar este blog.

Para dejar más claro lo que hicimos adjunto una imagen y el esquema eléctrico de la galería ciega:

Cuarto Proyecto

Hoy llegamos a clase y rápidamente el profesor nos explico el nuevo circuito, y un nuevo componente: el conmutador de cruce. Con él podemos controlar un circuito con tres interruptores.

El circuito nuevamente, era muy simple, lo único que teníamos que introducir el nuevo componente.

Consistía únicamente en Enchufe----Conmutador----Conmutador cruzado----Conmutador----Bombilla----Enchufe de nuevo.

El interruptor de cruce es un dispositivo, que al activarse, y cambiar así su posición, sus barras se mueven, quedando de forma paralela o formando Una X.
Éste dispositivo anexionado a otros dos conmutadores o a más conmutadores de cruce hacen que podamos controlar un circuito desde tres posiciones o más ( en el caso de usar mas de un conmutador de cruce)

De nuevo, hicimos una división de trabajo, como había 5 componentes (enchufe conmutadores x3 y una lámpara) uno de nosotros solo hizo una conexión y el resto del tiempo se dedicó a fijar los componentes a la base.

Adjunto una imagen y el esquema eléctrico del circuito:

Tercer Proyecto

Empezamos un nuevo proyecto, en este teníamos que realizar un circuito muy parecido al primero.
Se trata de  un circuito compuesto por un enchufe, un interruptor y una bombilla, Pero aparte, utilizando una regleta, vamos a añadir un pulsador y un zumbador.
Las conexiones nos dieron sus problemas, esos interruptores son horribles a la hora de conectar cables.
Además, yo como siempre destacando: habíamos perdido el tornillo del zumbador, y encontramos, en una bolsita, en la que además del tornillo del zumbador que perdimos, había uno igual pero  mucho mas largo, y yo, haciendo una demostración de mi obvia inteligencia superior no se me ocurre mejor cosa que introducir el tornillo largo y cortar con una sierra la parte que sobresale.
En su momento me pareció una idea brillante, pero en cuanto el profesor nos vio con la sierra nos la saco de la cabeza y nos convenció para buscar un tornillo del tamaño adecuado... ¡Que incongruencia!

Adjunto una imagen y el esquema eléctrico del circuito:

Primer proyecto y segundo proyecto

8---Primer día de clase tras las vacaciones de navidad, este día lo dedicamos enteramente a explicar el nuevo proyecto para el siguiente día.
Al final de la clase, nos volvimos a dividir en grupos de 3 personas (decidimos que como el trimestre pasado) y nos agenciamos una mesa (también la del trimestre pasado).
Iván se puso a pelar cables (a una media de por cada 15 minutos) y Javi y yo nos peleamos con los interruptores y sus respectivas conexiones. Al acabar la clase habíamos ( no sin esfuerzo) logrado anexionar un interruptor con su respectivo portalámparas-
9--- Al llegar, no nos dirigimos a acabar nuestro proyecto inmediatamente, en su lugar nos sentamos, y el profesor nos explico brevemente un segundo circuito que deberíamos hacer en la misma base, dividiendo la base en dos, una mitad para el primer circuito y la otra mitad para el segundo.
Como al primero le quedaba poco ya, decidimos que yo me encargaría del primero mientras que Iván y Javi avanzaban en el segundo.
Antes de que acabara la clase acabe mi mitad y me puse a ayudar a Javi e Iván con la suya, que ya habían conectado el enchufe a el primer conmutador y habían comenzado a conectar los conmutadores entre sí, pero acabó la clase y tuvimos que dejarlo ahí
15--- Hoy llegamos a clase cogimos nuestro proyecto y lo terminamos. Tuvimos algunos problemas porque la conexion entre los conmutadores se nos salió y perdimos bastante tiempo volviendo a conectar todo entre sí. Pero finalmente terminamos; el profesor nos dio el visto bueno y pasamos a la sala de ordenadores lo que quedaba de clase.

Los Proyectos:



Los Esquemas:

Práctica con Osciloscopio

Tras una explicación del profesor sobre el funcionamiento del osciloscopio, nos hemos dividido en grupos de tres personas en cada grupo.

La mitad de la clase ha hecho esta práctica mientras que la otra mitad se ha dedicado a terminar el anterior proyecto de la maqueta de hotel.

El osciloscopio, que tiene 2 canales (al menos nuestro modelo) se conecta mediante una sonda a una placa de pruebas, a la cuál se le conecta también un generador de señales. La sonda tiene en su terminación una  pinza y un cocodrilo.

La pieza larga es la pinza y la pequña cocodrilo

Las pinzas conewctan  el osciloscopio al circuito, en el que previamente habiamos dispuesto un generador.

Y dedicamos el resto de la calse a generar ondas con el genrador y "jugar" un poco con los controles del osciloscopio, cambiando los zoom...

Corriente Alterna

La corriente alterna es utilizada para evitar perdidas de tensión en su distribución, o al menos esta es una de sus utilidades ya que a este tipo de corriente también nos permite enchufar algo a la corriente independientemente de que lo enchufemos por el polo positivo o por el polo negativo.
La corriente alterna es la que utilizamos en nuestras casas, en los supermercados... etc.
Hemos visto que la corriente alterna, sus electrones, realizan un movimiento oscilante es decir van y vienen como si fueran el pistón de un motor.
Por esto, si representáramos en un plano cartesiano el movimiento que siguen estos electrones podríamos distinguir unas ondas, y dependiendo de como sean las ondas, podríamos clasificarlas como: senoidales, triangulares o cuadrados.
Además en clase hemos aprendido a hacer cálculos con las ondas senoidales, como la tensión máxima, la tensión mínima, la tensión media (siempre es 0) la amplitud de onda, la tensión media... y hemos repasado cosas que ya conocíamos de otras asignaturas (Física) como pueden ser la frecuencia y el periodo.

Además, en la iguientes semanas dedicamos las clase a ampliar un poco nuestra habilidad a la hora de calcular problemas con CA, ademas de una ficha puntuada.